华中科技大学：《多相流基础》课程电子教案（PPT教学课件）第四章 可变形颗粒动力学

)烧国实验室 第四章可变形颗粒动力学 54-1液体的雾化 当液体的流速极低或者相当高时,在气体中或者其它液体 中将会形成液滴,即出现所谓的液体雾化 液体雾化的基本机理是液体自由表面的失稳,取决于 1)扰动的振幅,无限小还是有限大 2)流场的形状,液体射流、液体薄片、大液滴分裂等; 3)流场中的主要作用力,表面张力、粘性力、压力、离 心力和(或)静电力

煤燃烧国家重点实验室 SKLCC 第四章 可变形颗粒动力学 §4－1 液体的雾化 当液体的流速极低或者相当高时，在气体中或者其它液体 中将会形成液滴，即出现所谓的液体雾化 液体雾化的基本机理是液体自由表面的失稳，取决于： 1）扰动的振幅，无限小还是有限大； 2）流场的形状，液体射流、液体薄片、大液滴分裂等； 3）流场中的主要作用力，表面张力、粘性力、压力、离 心力和（或）静电力

)烧国实验室 1、流体流动稳定性中扰动幅度的影响 1)对于无限小扰动,有比较完善的流动稳定性理论,可 给出扰动一开始将发展还是受抑制的条件 2)对于有限大扰动,尚无精确的稳定性理论,大多雾化 的研究是实验研究; 3)可用某些重要的无量纲参数处理实验数据 4)引入韦伯数 e、LUp 5)对一个直径为d的大液滴的分裂,取L=dp=p,U=U U,则,若We>12,则液滴将分裂

煤燃烧国家重点实验室 SKLCC 1、流体流动稳定性中扰动幅度的影响 1）对于无限小扰动，有比较完善的流动稳定性理论，可 给出扰动一开始将发展还是受抑制的条件； 2）对于有限大扰动，尚无精确的稳定性理论，大多雾化 的研究是实验研究； 3）可用某些重要的无量纲参数处理实验数据； 4）引入韦伯数： 5）对一个直径为d的大液滴的分裂，取L=d, ρ=ρg , U=Ug - UL , 则， 若We>12，则液滴将分裂。 T LU We   2 =

)烧国实验室 2、液体系统的外形 1)液体的雾化取决于液体的形状; 2)实用中应以最小的代价使液体在最大的面积上分裂并 散开; 3)一种可改善雾化过程性能和雾化效果的方法是采用扇 形喷嘴以形成液体薄片,在有限扰动时分裂成细条,直 至再分裂成细小液滴; 4)扰动的增长速度取决于韦伯数和雷诺数

煤燃烧国家重点实验室 SKLCC 2、液体系统的外形 1）液体的雾化取决于液体的形状； 2）实用中应以最小的代价使液体在最大的面积上分裂并 散开； 3）一种可改善雾化过程性能和雾化效果的方法是采用扇 形喷嘴以形成液体薄片，在有限扰动时分裂成细条，直 至再分裂成细小液滴； 4）扰动的增长速度取决于韦伯数和雷诺数

)烧国实验室 3、各种雾化方式及装置中的各种力 1)压力雾化 强制液体通过一个小孔以达到液体的雾化 主要力:通过小孔的压力,液体的表面张力,液体粘性力 流量取决于压降; ●主要的无量纲参数为韦伯数和雷诺数 2)离心力压力雾化 ●流体的流量由通过喷嘴的压降控制; ●在喷嘴前对液体提供离心加速度或作旋涡运动的动力; 液体的有效韦伯数会因旋转而增大,从而得到更好的雾化

煤燃烧国家重点实验室 SKLCC 3、各种雾化方式及装置中的各种力 1）压力雾化 强制液体通过一个小孔以达到液体的雾化。 ⚫ 主要力：通过小孔的压力，液体的表面张力，液体粘性力； ⚫ 流量取决于压降； ⚫ 主要的无量纲参数为韦伯数和雷诺数。 2）离心力压力雾化 ⚫ 流体的流量由通过喷嘴的压降控制； ⚫ 在喷嘴前对液体提供离心加速度或作旋涡运动的动力； ⚫ 液体的有效韦伯数会因旋转而增大，从而得到更好的雾化

)烧国实验室 3、各种雾化方式及装置中的各种力 3)气动雾化 液体射流或液滴处于高速射流中,在气速达到某一临界值时发 生的分裂 广泛应用于火箭发动机中的燃烧过程; ●韦伯数中的特征速度应取气体速度。 4)超声雾化 液滴用频率为o的超声浪分裂 ●液滴的大小取决于超声浪的频率; ●将频率o和液滴直径乘积作为特征速度

煤燃烧国家重点实验室 SKLCC 3、各种雾化方式及装置中的各种力 3）气动雾化 液体射流或液滴处于高速射流中，在气速达到某一临界值时发 生的分裂。 ⚫ 广泛应用于火箭发动机中的燃烧过程； ⚫ 韦伯数中的特征速度应取气体速度。 4）超声雾化 液滴用频率为ω的超声波分裂 ⚫ 液滴的大小取决于超声波的频率； ⚫ 将频率ω和液滴直径乘积作为特征速度；

)烧国实验室 4)超声雾化 若雾化过程发生在we的某个临界值以上,We=K3,则 d=K-T 5)静电雾化 静电力加于液体射流,主要力为表面张力和静电力 R -ee d

煤燃烧国家重点实验室 SKLCC 4）超声雾化 若雾化过程发生在We的某个临界值以上，We=K3 , 则 T l d We    3 3 = 1/3 2       =    l T d K 5）静电雾化 静电力加于液体射流，主要力为表面张力和静电力 d R E d R T E E 2 1 2 1 ' 2 = =  

)烧国实验室 54-2单个液滴的运动 1、下垂液滴的状态方程 I sin e 2+B R/6 x/b 内点z处的曲率半径,的原点处的曲率半径; 阝=b2g/σne为点x,2)处的倾斜角。 β决定液顶的形状; b决定液滴的大小 r,:) 下垂液滴的头部形状

煤燃烧国家重点实验室 SKLCC §4－2 单个液滴的运动 1、下垂液滴的状态方程   b z R b x b + = 2 + / sin / 1 R为点(x, z) 处的曲率半径，b为原点处的曲率半径； β= -b2g/σT , θ为点(x,z)处的倾斜角。 β决定液顶的形状； b 决定液滴的大小。 下垂液滴的头部形状

)烧国实验室 2、下垂液滴的运动 1)对于巨大介质中的一个孤立液滴,达到终端速度时的 受力 2212=r(n-k2 A为液滴的正投影面积,v为液滴体积 2)考虑液滴为具有粘性的流体球,在 Stokes流动范围內, 2421k+3124 ′Re3/a+31Re 液滴的终端速度 181g

煤燃烧国家重点实验室 SKLCC 2、下垂液滴的运动 1）对于巨大介质中的一个孤立液滴，达到终端速度时的 受力 CD Ad  g Vt =Vd (l −  g )g 2 2 1 Ad 为液滴的正投影面积，Vd 为液滴体积 2）考虑液滴为具有粘性的流体球，在Stokes流动范围内， 液滴的终端速度 R g l g l CD H f Re 24 3 3 2 3 Re 24 = + + =     ( ) R g l g t H d g V    18 2 − =

)烧国实验室 3)液滴因周围介质的剪切作用,达到终端速度时的受力 242+31+k24 D Re 3uo +3u,+k rec k为阻滞效率引起的系数,取决于环流型式及Re数 对于非球形液滴,CD应取实际液滴形状的系数值 对于大液滴,在下落过程中液滴将发生改变 大液滴—扁平液滴—分裂成小液滴

煤燃烧国家重点实验室 SKLCC 3）液滴因周围介质的剪切作用，达到终端速度时的受力 k为阻滞效率引起的系数，取决于环流型式及Re数 对于非球形液滴，CD 应取实际液滴形状的系数值； 对于大液滴，在下落过程中液滴将发生改变： 大液滴 —— 扁平液滴 —— 分裂成小液滴 c g l g l D H k k C f Re 24 3 3 2 3 Re 24 = + + + + =    

)烧国实验室 54-3液体燃料的雾化性能 1、雾化角 指喷雾出口到雾炬外包络线的切线间的夹角,也称喷雾锥角 雾化角示意图

煤燃烧国家重点实验室 SKLCC §4－3 液体燃料的雾化性能 1、雾化角 指喷雾出口到雾炬外包络线的切线 间的夹角，也称喷雾锥角 雾化角示意图