受激液体射流破碎的实验研究!

流 在 恰 当 频 率 的 外 加 激 励 作 用 下"其 破 碎 较 自 由 射 流 更 快"喷 雾 锥 角 及 破 碎 长 度 也 会 发 生 相
应的变化*
关 键 词 )受 激 液 体 射 流 +破 碎 +主 导 频 率 +表 面 波
中图分类号),-.’/0 1.$
文 献 标 识 码 )2
文 章 编 号 )%.3$4’/$&aM年 第 >>卷 第 +期
体 和无 散射体 两种方 式"前 一 种 方 式 被 称 为 漫 射 背 景 激 光散 射成像 法!后一种 方 式 被 称 为 近 前 向 激 光 散 射 成 像 法 "采 用 前 一 种 方 式 时 !相 对 较 亮 的 背 景 可 使 得 液 体射 流的 表面波 被突出 并 加 以 记 录"采 用 后 一 种 方 式 时!强烈的 散射光 可使 液 体 射 流 的 轮 廓 及 从 射 流 表 面 剥落的 液体 颗粒清 晰可 见!这 样 就 可 以 对 液 体 射 流 的 不同特征加以强化"
射流在该频率的激 励 下"破 碎 能 够 以 更 快 的 速 度 进行*这已为 6171689:;</=*>1?1@ABC<’=DE1F9<$=等 人 的理论分析结果和 G*H*F9B<.=及 -*I*IJAKLJAMN<5=等 人的实验结果在某种程度上所证实*
由于最新的理论研究成果已经可以将瑞利模式和
根 据 线 性 不 稳 定 性 理 论 "对 于 一 个 液 体 射 流 系 统 " 不同波长及频率的初始扰动所形成的表面波的发展速
度 不 同 "但 该 系 统 存 在 一 个 最 不 稳 定 "即 增 长 率 最 快 的 扰 动 *由 这 个 扰 动 产 生 的 表 面 波 的 发 展 速 度 最 快 "并 最 终 在 射流的破碎中占据 主 导 地 位*这 个 频 率 通 常 被 称 为射流系统的破碎主导频率*
基于此"本 文主要 研 究 受 控 激 励 对 液 体 射 流 破 碎 的影响*
O*O 恒压单次喷射系统 实验中采用如图 /所示的恒压单次喷射系统*
图 P 恒压单次喷射系统 QRS*P TUVWXYRUSZ[ZYW\ /*高 压 气 瓶 +’*恒 压 室 +$*大 柱 塞 +.*液 体 容 器 + 5*手 柄 +]*小 柱 塞 +&*喷 嘴
O 实验装置
! 收稿日期)/3334%54$%+修回日期)/3334%i4’]* 基 金 项 目 )国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 #533%]%%i(+内 燃 机 燃 烧 学 国 家 重 点 实 验 室 开 放 基 金 资 助 项 目 * 作者简介)杜 青#/3]&j("男"博士后*
喷嘴编号 喷孔直径HII
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激 励 频 率 HJKL ?AA O*M *?O O+@ *A@
激励模式
厚度剪切 厚度剪切 厚度剪切 厚度伸缩 厚度伸缩
$"# 激励产生的表面波 图 *给出了由喷嘴所提供的横向激励在液体射流
表面所 产生的 表面 波"根 据 液 体 射 流 速 度 和 激 励 频 率 计算出来的表面波波长与根据图象实测的表面波波长 十 分吻 合"需要说 明 的 是!由 于 液 体 表 面 波 的 发 展!这 样 的图 像只能 在液体 射 流 的 喷 嘴 出 口 处!即 射 流 的 近 区域内才能获得"
h >*h
高 压 气 体 推 动 大 柱 塞 !大 柱 塞 推 动 小 柱 塞 !将 液 体 压 出 喷 孔 !完 成 一 次 喷 射 " #"$ 喷 嘴
实验中采用了特殊结构的喷嘴用以产生所需频率 的 受 控 激 励!其 结 构 如 图 %所 示"其 中 激 励 部 分 是 由 &’()*压电陶瓷材料 加工 的"该 压 电 陶 瓷 片 可 在 激 励 电路谐振作用下对液体射流产生厚度剪切和厚度伸缩 两种模式的激励!实验用喷嘴的特征参数见表 +"
在 很 多 工 程 应 用 中 "特 别 是 在 内 燃 机 中 "液 体 的 雾 化 技 术 十 分 重 要 *为 了 改 善 液 体 的 雾 化 质 量 "方 法 之 一 是 提 高液体射流的喷射 压 力"但 这 种 技 术 在 改 善 液 体 雾 化 质量的同时也会带 来 一 些 新 的 问 题"如 系 统 可 靠 性 的 降 低 及 成 本 的 提 高 等 *因 此 "开 发 一 种 在 低 喷 射 压 力下改善液体雾化质量的技术很有现实意义*
$ 实验结果分析
图 , 喷嘴结构
-./", 012345674.121849:21;;<: +"上 喷 嘴 体 =%"有 机 玻 璃 =>"压 电 振 子 =*"电 极 = ?"丙 烯 酸 脂 胶 层 =@"银 基 导 电 胶 层 =A"下 喷 嘴 体
表 B 实验用喷嘴参数
CDE"B FD5DG:4:531849:21;;<:3
天津大学学报 第 $$卷 第 /期 ’%%%年 /月
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受激液体射流破碎的实验研究!
杜 青"史绍熙"杨延相"林玉静
#天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室"天津 $%%%&’(
摘 要)利用自行设计的实验装置"研究了受激液体射流的破碎特征*实验证明了受激液体射
由高压气体提供的压力首先作用在一个大柱塞 上 "大 柱 塞 的 下 面 是 一 个 小 柱 塞 "大 小 柱 塞 的 面 积 比 约 为 /%^/"这样压力就被放大了 /%倍*喷射 前"先把 液 体通过 导管 加到小 柱塞 下 面 的 腔 内"慢 慢 排 掉 腔 内 的 气 泡"然 后把小柱 塞 下 移"堵 上 液 体 进 口"同 时 使 手 柄 进 入 柱 塞 套 上 的 缺 口 内 "充 上 高 压 气 体 后 "扳 动 手 柄 "
泰 勒 模 式 的 射 流 统 一 于 一 个 模 型 中 "因 而 可 以 设 想 "当 高速液体射流在最不稳定频率或其附近频率的扰动作
用 下 "液 体 射 流 的 破 碎 也 仍 然 会 得 到 加 速 "液 体 的 喷 雾 特 性 会发生一些人们所 希 望 的 变 化"达 到 一 种 类 似 于 机 械系统共振的效 果"并 以 此 使 液 体 射 流 的 雾 化 质 量 得到改善*