超声速气流中液体横向射流结构特性试验研究

【摘要】：本文对来流马赫数2的超声速气流中液体横向射流结构特性及空间分布进行了研究。论文研究主要采用试验研究的方法,综合运用高速摄影、阴影、PIV、Malvern及PDA等光学观测方法对射流结构及分布进行研究。文中综合运用五种光学观测方法对射流穿透深度分析方法进行比研究,根据试验图像特点采用不同的数据处理方法获得射流穿透深度曲线。结果表明:PIV方法获得的穿透深度为PDA方法的90%,Malvern和PIV获得的结果相近,均高于高速摄影、高速阴影法。PIV方法能够较好的捕捉射流边界信息,同时获得射流瞬态结构。利用PDA、Malvern分析了液滴速度及粒径分布,结果表明液滴纵向速度沿射流方向先增大后减小,分布在射流外围的液滴粒径大,随着射流向下游发展液滴粒径不断减小。对超声速气流中液体射流的空间分布进行研究,分析了喷注压降及喷孔直径对射流空间分布的影响。采用PIV和高速摄影方法研究射流空间分布特性,研究表明:射流喷注压降增大、喷孔直径增大,射流穿透深度及射流展向分布随之增大,其中喷孔直径的影响大于喷注压降。喷注压降对射流穿透深度的影响大于对射流展向扩展的影响,喷孔直径对射流分布影响较大。综合多工况试验数据,总结了射流穿透深度及展向分布经验公式并与文献结果进行对比。对射流振荡的研究表明:射流边界存在两种典型的振荡,一种是由表面波动不断发展引起的小尺度波动,另一种是由射流破碎,液体分布不均匀导致的大尺度波动,两种波动共同作用,致使射流边界的振荡幅度沿流向不断增大。弓形激波与射流的相互作用沿流向不断减弱,x7mm时射流边界的振荡对弓形激波几乎没有影响。
【关键词】：超声速气流 横向射流 穿透深度 穿透深度曲线 展向分布 PIV 图像处理
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：V231