霧化錐角對噴霧在橫流中蒸發摻混的影響①

孫慧娟，張海濱，白博峰

(西安交通大學動力工程多相流國家重點實驗室，西安 710049)

0 引言

水霧通常用于消防、加濕、冷卻、食品加工行業等，近年來，水霧應用到水下動力系統中，為動力裝置提供氧化劑、做功工質和冷卻劑。以水沖壓發動機為例，從燃燒室排出的混合燃氣進入摻混室，水霧沿著垂直于摻混室圓管軸線方向進入，與混合燃氣橫向交叉混合，完成水霧蒸發和兩相摻混過程，實現混合氣體降溫和增加噴管做功工質的作用。較高的溫降效率和較好的摻混效果，對于提高發動機的推力至關重要。國內外對水沖壓發動機的研究多側重于金屬燃料［2－8］、理論性能［9－13］、結構組織方式［14－16］、熱力計算［17－19］及流場預示［20－22］等方面，缺乏對摻混機制的探索。因此，有必要研究不同因素影響下的兩相摻混機制，為發動機的設計提供理論依據。

在噴霧射流與橫流氣體的摻混中，隨著射流對橫流的卷吸，在橫流中擴散的液滴被夾帶，氣相渦結構不斷長大，在有限空間內發展，渦結構對兩相摻混的影響很大。Salewski和Fuchs［23］采用大渦模擬證明反旋渦對(CVP)是一個主要的渦結構，液滴的擴散依賴CVP的強度。Bai等［24］通過 PIV觀察到在受限空間內，CVP是影響摻混的主要渦結構，且形態受入射角度影響較大。Choi等［25］用米氏散射技術測量橫流中的燃料霧化結構，發現在噴霧底部形成兩個獨立的旋渦，認為旋渦是由燃料與噴嘴壁面間的摩擦產生的剪切力造成的，旋渦卷吸橫流氣體到噴霧中，有利于強化摻混。……