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高韦伯数下煤油液滴的破碎机理研究

孔上峰 封锋 邓寒玉

孔上峰, 封锋, 邓寒玉. 高韦伯数下煤油液滴的破碎机理研究[J]. 实验流体力学, 2017, 31(1): 20-25. doi: 10.11729/syltlx20160106
引用本文: 孔上峰, 封锋, 邓寒玉. 高韦伯数下煤油液滴的破碎机理研究[J]. 实验流体力学, 2017, 31(1): 20-25. doi: 10.11729/syltlx20160106
Kong Shangfeng, Feng Feng, Deng Hanyu. Breakup of a kerosene droplet at high Weber numbers[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2017, 31(1): 20-25. doi: 10.11729/syltlx20160106
Citation: Kong Shangfeng, Feng Feng, Deng Hanyu. Breakup of a kerosene droplet at high Weber numbers[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2017, 31(1): 20-25. doi: 10.11729/syltlx20160106

高韦伯数下煤油液滴的破碎机理研究

doi: 10.11729/syltlx20160106
基金项目: 

航天科技创新基金 CASC03-02

中央高校基本科研业务费专项基金 30920140112001

详细信息
    作者简介:

    孔上峰(1992-),男,江苏新沂人,硕士研究生。研究方向:凝胶推进剂的雾化与燃烧。通信地址:南京理工大学机械工程学院航空宇航系203教研室(210094)。E-mail:1095461160@qq.com

    通讯作者:

    E-mail:njust_01@163.com.cn

  • 中图分类号: V231.2

Breakup of a kerosene droplet at high Weber numbers

  • 摘要: 为了探究高韦伯数下气流速度及液滴初始直径对液滴破碎以及Rayleigh-Taylor不稳定波的影响,进行了煤油单液滴在气流中破碎的实验,采用高速摄影技术记录了液滴的破碎过程,应用包含粘性和表面张力的Rayleigh-Taylor不稳定性理论分析了液滴的破碎过程,对Rayleigh-Taylor不稳定波波长与液滴破碎时间进行了理论计算,并与实验结果做了对比研究。结果表明:当We为321左右时,煤油液滴开始呈现灾型破碎模式;气流速度、液滴初始直径对液滴表面的最大增长率Rayleigh-Taylor不稳定波的波长、增长率和临界波长均有影响;Rayleigh-Taylor不稳定性理论在预测最不稳定波长时,结论与实验结果的误差不超过6%;取经验参数M为8.9时,液滴破碎时间理论与实验误差最小。
  • 图  1  实验装置简图

    Figure  1.  Schematic of experimental devices

    图  2  Rayleigh-Taylor不稳定性破碎机理

    Figure  2.  Rayleigh-Taylor instability breakup mechanism

    图  3  煤油液滴的破碎过程

    Figure  3.  Stages in the breakup of a kerosene drop

    图  4  不同气流速度下的k-n图(d0=2.55mm)

    Figure  4.  n vs. k at different gas velocities(d0=2.55mm)

    图  5  不同液滴初始直径下的k-n图(ug =68m/s)

    Figure  5.  n vs. k with different initial diameters (ug =68m/s)

    图  6  Rayleigh-Taylor不稳定波的测量

    Figure  6.  Measurement of Rayleigh-Taylor waves

    图  7  理论波长与实验结果的对比

    Figure  7.  Comparison of wavelength between theory results and experimental data

    图  8  M值与平均误差

    Figure  8.  Average error vs. M

    图  9  理论破碎时间与实验结果的对比

    Figure  9.  Comparison of breakup time between theory results and experimental data

    表  1  煤油和空气的物性参数

    Table  1.   Properties of kerosene and air

    Materialρ/(kg·m-3)μ/(Pa·s)σ/(N·m-1)
    Kerosene7800.00240.00263
    Air1.290.00018
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    表  2  实验工况

    Table  2.   Experimental conditions

    Caseug/(m·s-1)T/Kd0/mmWe
    1532752.23307
    2532752.33321
    3532742.55351
    4602762.23394
    5602752.33411
    6602742.55450
    7682752.23506
    8682752.33529
    9682762.55578
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-07-04
  • 修回日期:  2016-09-06
  • 刊出日期:  2017-02-25

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    2021年8月13日