高速液體射流界面結(jié)構(gòu)的研究.pdf

1、高速液體射流是一種新興技術(shù)，具有環(huán)保、節(jié)能、高效等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于切割清洗和霧化噴淋等領(lǐng)域。由于此類射流的速度高，尺度小，相關(guān)研究仍比較匱乏。高速液體射流在空氣中的復(fù)雜界面結(jié)構(gòu)、空間演變過(guò)程還沒(méi)有被完全揭示，過(guò)程中的物理現(xiàn)象也未能得到很好的理解，而這些認(rèn)知是合理調(diào)控射流，實(shí)現(xiàn)不同應(yīng)用目的前提。
　　本文根據(jù)實(shí)驗(yàn)工況設(shè)計(jì)可視化實(shí)驗(yàn)方案，對(duì)不同結(jié)構(gòu)噴嘴射流在不同雷諾數(shù)下的宏觀及微觀形態(tài)進(jìn)行捕捉，提出多種圖像處理方法對(duì)射流圖像進(jìn)行處理，

2、借助大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)重現(xiàn)高速液體射流的復(fù)雜界面結(jié)構(gòu)和發(fā)展變化過(guò)程。
　　本文的研究工作的主要內(nèi)容及成果如下:
　　1、采用可視化實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)4種不同出口流道噴嘴射流的宏觀形態(tài)進(jìn)行捕捉，給出兩種圖像處理方法對(duì)射流圖像進(jìn)行處理，基于處理結(jié)果提出三個(gè)參數(shù)對(duì)射流形態(tài)特征進(jìn)行評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，具有類流線型出口流道的噴嘴射流集束性最佳。對(duì)最優(yōu)噴嘴射流的進(jìn)一步研究顯示，射流結(jié)構(gòu)隨雷諾數(shù)變化經(jīng)歷了一個(gè)復(fù)雜變化過(guò)程。噴嘴出口流道對(duì)射流集束性的調(diào)

3、節(jié)作用，僅在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)顯著。在低雷諾數(shù)(Re＜130000)下，射流初始段界面剪切層受到噴嘴出口結(jié)構(gòu)的調(diào)控。而在高雷諾數(shù)下，當(dāng)射流內(nèi)部湍流劇烈到一定程度時(shí)，剪切層對(duì)射流穩(wěn)定性的影響變?nèi)?。發(fā)現(xiàn)此時(shí)，集束性主要受射流內(nèi)部湍流擾動(dòng)影響，體現(xiàn)為雷諾數(shù)決定集束性。
　　2、運(yùn)用高速顯微攝影技術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，討論了高速攝影參數(shù)對(duì)射流捕捉能力的影響。對(duì)高速微孔射流從流出噴嘴至完全破碎整個(gè)過(guò)程進(jìn)行捕捉。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，將射流由集束到破碎分為四個(gè)階

4、段:表面波動(dòng)產(chǎn)生與發(fā)展階段、液滴開(kāi)始剝離且射流直徑顯著減小階段、射流開(kāi)始斷裂階段、獨(dú)立液塊形成階段。借助大量圖像信息，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)高速微孔液體射流破碎過(guò)程進(jìn)行重構(gòu)。高速微孔射流的破碎體現(xiàn)出了典型的瑞利破碎特征，但是，20 MPa下高雷諾數(shù)湍流引入的流場(chǎng)脈動(dòng)打破了瑞利模式下表面波的線性增長(zhǎng)和端部破碎的規(guī)則性。
　　3、運(yùn)用高速顯微攝影技術(shù)，重點(diǎn)關(guān)注噴嘴出口附近射流表面結(jié)構(gòu)，對(duì)不同雷諾數(shù)下的液體射流表面波進(jìn)行捕捉。詳細(xì)分析比較了常