荷电液体射流破碎长度理论与实验
高压水射流破碎煤体过程及应力变化规律的数值分析
高压水射流破碎煤体过程及应力变化规律的数值分析蒋一峰;杜锋;刘昂;王亮;辛程鹏【摘要】针对高压水射流冲击破碎煤体这一复杂非线性冲击动力学问题,采用SPH 和FEM耦合算法,数值模拟了煤体在高压水射流冲击下的破碎过程,分析了应力作用规律和煤体破碎规律.研究结果表明,煤体主要受拉伸和剪切作用而被破坏,拉应力的作用区域随着煤体破碎向外延伸,剪切应力的作用区域主要在冲击轴心;水射流冲击载荷破煤过程可分为破碎积累、快速破碎2个阶段,煤体破碎速度表现为快慢交替.【期刊名称】《矿业安全与环保》【年(卷),期】2018(045)004【总页数】6页(P1-5,11)【关键词】高压水射流;冲击;破煤;数值模拟;应力【作者】蒋一峰;杜锋;刘昂;王亮;辛程鹏【作者单位】中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院,北京100083;中国电力科学研究院有限公司,北京100192;中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院,北京100083;中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院,北京100083;中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院,北京100083;贵州工程应用技术学院矿业工程学院,贵州毕节551700【正文语种】中文【中图分类】TD712+.6;TD311近年来，高压水射流技术被越来越普遍地应用于煤炭领域。
水射流在煤层中冲击破碎煤体，起到卸压增透的作用，强化了矿井瓦斯抽采效果。
相关人员针对高压水射流破煤、破岩开展了诸多研究，文献[1]用逾渗理论推导了煤岩体破坏准则和水射流破碎非均质煤岩体的门槛压力；文献[2-5]分别从损伤、应力波传播等角度分析了水射流破岩机理；文献[6]提到水射流破岩存在2个门槛压力，破岩机理分别表现为冲蚀破碎和锤冲破碎；文献[7]分析了不同水射流速度冲击岩石的流场规律和应力分布规律。
上述研究都涉及到煤岩体破碎的特征压力和应力分布状态，而对水射流冲击煤体破碎过程应力场的动态变化规律缺乏研究。
笔者采用SPH和FEM耦合算法，数值模拟了水射流冲击煤体破碎过程，从应力场变化角度分析了水射流破煤机理。
水射流技术原理
先进制造技术课程论文论文题目：水射流切割的技术原理、设备、技术特点及实际应用分析系部：专业：班级：学生姓名：学号：指导教师：xxx年月日绪论高压下,由喷嘴发出的高速水射流,具有很大的能量,足以切割坚硬的材料(包括金属和非金属);如果向水射流中加入某种固体硬颗粒,则称为磨料水射流,它具有更大的能量,可以切割更硬更厚的材料,这就是水射流切割技术的简单描述。
尽管早在古代,人们就已懂得“滴水穿石”的道理,然而直本世纪60年代,才真正把这个简单原理变成水射流切割工业技术;而磨料水射流技术的应用,还不到10年时间,所以这是一项新兴技术。
然而,近年来发展很快,迄今全世界已有几十个国家,共拥有大约2000个水射流切割系统。
尽管如此,当前这项技术仍处于初级发展阶段,技术尚不成熟,在理论与实践方面,都有许多空白,有待填补。
这项技术起步较晚的原因在于,它涉及到超高压技术,因而对材料、制造工艺、设计方法、理论分析、控制手段、经济承受力等提出了严格要求。
开发和应用这项技术,与一个国家的综合发展水平和国力强弱有密切关系。
我国已在近年里,逐渐开展研究和应用,尤其在理论研究方面,已取得许多成果,但在制造技术方面,却有较大差距,有待解决。
多年的实践证明,水射流切割技术,独具特点,是现代机械加工及技术发展中不可缺少的组成部分,具有很强的生命力,必须充分予以重视,有计划地研究、开发和应用。
现代的高压水射流切割作为一门高新特技术涉及的学科领域较多，如超高压理论、流体动力学、特种材料、材料力学、弹性力学、制造工艺学、高压密封技术、自动控制理论等现代科技内容，其自身是一种标准的机电液一体化产品，其卓越的应用效果更集中体现在高科技产品制造上。
某种意义上讲，水射流技术的研究与应用也成为了一个国家综合科技水平和经济实力的标志。
第一章水射流切割技术原理水射流切割技术的基本原理是将少量的水加压到极高的压力(高于380MP)迫使高压水通过一个小孔(直径0.1~0.5smm),以高速冲击工件,速度可达约915m/S(视压力而定)。
超高压水射流超微粉碎朱砂的实验研究
超高压水射流超微粉碎朱砂的实验研究王懿萍，彭娅，祁斌，陶敏，赵冬梅【摘要】目的考察超高压水射流技术对朱砂的超微粉碎效果。
方法朱砂在300 MPa条件下超微粉碎，粉体粒径和硫化汞含量与传统水飞法制备的粉体进行比较。
结果超高压水射流粉体粒径小于传统水飞法粉体，粉体粒径范围为2.4～10.1μm;粉体中硫化汞的含量均符合《中国药典》(2005年版)的标准要求。
结论超高压水射流粉碎朱砂效果良好，为建立新的矿物药水飞法提供依据。
【关键词】超高压水射流; 朱砂; 超微粉碎; 水飞法朱砂又名辰砂、丹砂、汞砂，为硫化物类天然辰砂矿石，具有清心镇惊、安神解毒的功效，临床应用范围较广，常夹杂雄黄、磷灰石、沥青质、硫化镁等矿物质及铋、铁、铅、锌、钡、铜、锰、锑、硅、砷等25种微量元素，其中游离汞、钡、铅、锑、砷对人体有害。
因此，朱砂的炮制及毒性研究对临床安全具有十分重要的意义[1]。
超高压水射流技术应用于工业切割领域，目前在清洗、粉碎、医疗方面都有广泛应用[2]。
高压水射流粉碎技术就是通过携带有巨大能量的高压水射流以某种方式作用在被粉碎的物料上，在物料的裂隙和节理面中产生压力瞬变，从而使物料粉碎[3]。
本文应用DPSB6-1830超高压水射流设备(在原设备喷嘴处加一缓冲隔板)对朱砂进行超微粉碎，将粉体粒径和硫化汞含量与传统水飞法制备的粉体进行比较，探讨超高压水射流技术用于矿物药超微粉碎的可行性。
1 仪器与试药超高压设备(南京大地水刀DPSB6-1830，气泵，南京);数码显微摄像机(Motic(102M) BA200)。
朱砂(购于成都市西南药都药材市场);浓硫酸、硝酸钾、高锰酸钾、硫酸亚铁、硫酸铁铵、硫氰酸铵、N，N-二甲基甲酰胺，均为分析纯;蒸馏水。
2 方法2.1 粉碎条件选取滑石、石膏、代赭石和煅牡蛎，利用超高压水射流设备，采用L9(34)正交设计对压力(250，300，350 MPa)，次数(1，2，3次)，粗粉过筛目数(60，80，100目)三因素进行考察，确定本实验的压力条件为300MPa。
横向气流中的液体圆形射流破碎实验_朱英
第25卷第10期2010年10月航空动力学报Journal of Aerospace PowerVo l .25No .10Oct .2010文章编号:1000-8055(2010)10-2261-06横向气流中的液体圆形射流破碎实验朱 英,黄 勇,王 方,王雄辉(北京航空航天大学能源与动力工程学院航空发动机气动热力科技重点实验室,北京100191)摘 要:采用了高速摄像仪对横向气流场中的液体圆形射流破碎过程进行了研究.实验中使用的喷嘴喷孔直径为0.3mm ,研究液体工质采用水,液气两相动量通量比的范围为10.2～80.结果表明,射流表面初始波动是蛇形波动,在气动力作用下逐渐发展成螺旋状表面波,最终增长到一定程度使得液体断开.随着气流速度的增加,气动力在射流破碎过程中将取代表面张力而占据主导地位,而且螺旋状表面波幅值会随气流速度增加而增加.射流运动轨迹脉动幅度随气流速度增加而增强,随射流速度增加而减弱.同时给出了射流破碎位置坐标与液气两相动量通量比之间的关系式,以及射流液柱在破碎点之前类似抛物线的轨迹曲线公式.关 键 词:液体圆形射流;横向气流;破碎机理;射流轨迹;高速摄像仪中图分类号:V231.2 文献标识码:A收稿日期:2009-10-09;修订日期:2010-01-11作者简介:朱英(1981-),男,湖北荆州人,博士生,主要研究方向为航空发动机液体燃料雾化.Experiment on the breakup of round liquid jets in cross airflowsZHU Ying ,H UANG Yong ,WA NG Fang ,WANG Xiong -hui(N ational Key Laboratory of Science and Technology o n Aero -Engines ,School of Je t Propulsion ,Beijing Unive rsity o f Aeronautics and Astronautics ,Beijing 100191,China )A bstract :An ex periment w as conducted to investiga te the breakup processes of round liquid jets in cross airflow with a hig h -speed video camera .The orifice diamete r of the no zzlew as 0.3m m and the liquid used in the test w as w ater .T he liquid -to -air mo mentum flux ratio varied from 10.2to 80.The results indicate that the initial surface w aves are sinuous ,w hich will be developed into spiral w aves by aerody namic force .When the spiral w aves grow large enough ,the liquid co lum n w ill be either pinched due to surface tensio n o r cut by aerody namic fo rce ,depending on the cro ss airflo w velocity .The amplitude of the spiral wave is increased with the rising cross airflow velo city .The fluctuations of the liquid jets trajectories are larger fo r higher airflow velocities ,and w eaker for higher liquid jet velocities .The co rrelations be -tw een the coordinates o f the jet breakup locations and the liquid -to -air mom entum flux ratio were concluded .The equation of the trajecto ry like parabola curve w as derived fo r the jet colum n trajecto ry befo re breakup .Key words :ro und liquid jets ;cro ss airflo w ;breakup mechanism ;jet trajectory ;high -speed video camera 气体环境中的液体燃料喷射后的破碎及雾化,是内燃机、航空发动机等领域的重要技术.相比简单的自由射流雾化过程,横向气流场中的射流破碎形式和特征都有所不同,而这种形式的雾化在诸如航空发动机加力燃烧室、冲压发动机燃烧室、乃至旋流器径向喷射等新概念设计中都有DOI :10.13224/j .cn ki .jasp .2010.10.005航 空 动 力 学 报第25卷着广泛的应用.为了透彻研究横向气流场中液体射流雾化机理,多年以来,国内外学者对其进行了大量的实验和理论研究.目前为止,国内外研究最多的是横向射流雾化后穿透深度、液滴尺寸、以及体积通量等喷雾场特性[1-4],也有采用PIV (par ticle image velocime -try )测量该类型喷雾场速度分布的实验[5],气相流场方面,Pulat [6]测量了绕过液体射流时的气流尾迹特性并以此分析其对液体射流的破碎影响,这类宏观结果对于研究横向射流初始雾化破碎机理而言还不够.Sallam 等[7]和M azallon 等[8]的实验中研究了非湍流射流在横向气流场中初始雾化的特性,提出了横向气流场中液体圆形射流雾化过程,与单个液滴在高速气流中的雾化破碎过程有很多相似之处,比如破碎时间,破碎形式(袋式或剪切模式),为研究横向射流的破碎过程提供了值得借鉴的思路.但是目前为止,关于横向气流中液体射流发生初始破碎的过程,研究还不够深入,导致关于该雾化问题的雾化破碎模型和实际情况差别较远,也影响到选取雾化模型对其进行数值模拟研究的效果,例如文献[9]中直接假设喷射的液体射流为一系列的单个液滴喷入气流场,其结果中贴近壁面附近液雾粒子体积分数与实际差别较大.基于横向射流破碎过程机理研究的重要性,本文实验采用高速摄像拍摄方法,得到横向射流的高频动态破碎过程图片,然后对其进行处理与分析,找到影响破碎的表面波特征、破碎点位置以及运动轨迹脉动规律,从而深入研究液体圆形射流在横向气流中变形破碎过程的机理.1 实验系统 本文采用的实验系统如图1,实验横向气流气源由北京航空航天大学热动力工程研究所压力储气罐提供,最高储气压力0.8M Pa ,实验用气流经过扩张、蜂窝板整流段和压缩段之后,流入观测段,其四边均为有机玻璃,截面尺寸高100mm ×宽40mm ,观测段入口装有总静压差压计,用以测量横向气流流速.液路供应系统采用的是气瓶高压空气挤压式,详细介绍参考文献[10-12].实验用液体工质为水,喷嘴采用直射式圆形喷孔,内径d 0=0.3m m ,为了保证液体射流出喷口前充分发展,喷孔长径比为L /d 0=40,上游供液管路内径为4m m ,在其与喷孔段之间的锥面收缩段可以避免空泡现象发生.喷嘴安装在观测段底面中线上,离观测段进口距离为70mm ,安装之后喷口平面与观测段内壁面平齐.实验观察采用的光源为300W 碘钨灯,高速摄像仪型号为美国IDT (In -teg rated Design Tools )公司的X -stream V ISION XS -3,拍摄频率最高可达13000H z ,曝光时间范围为10～30μs ,经过之前的实验验证[10-12],相同的实验方法完全可以满足本文研究的要求.实验参考坐标选取喷嘴出口中心为原点,气流方向为x 轴方向,液体射流方向为y 轴方向.图1 实验系统示意图Fig .1 Schematics of te st rig主要的实验工况参数见表1,表中实验参数的下标j 表示射流参数,a 表示上游来流空气的参数,空气密度和液滴密度、动力黏度、表面张力系数等参数分别取的是室温为25℃下的值.表1 实验工况参数Table 1 Experimental operation parameters实验参数参数值温度T /K298液体射流速度v j /(m ·s -1)3.8～7.8横向气流速度u a /(m ·s -1)25.6～35.1液/气动量通量比q =ρj v 2j /ρa u 2a10.2～80射流Rey no lds 数Re j =ρj v j d 0/μj1390～2853射流Weber 数We j =ρj v 2j d 0/σ60～253.5射流Ohneso rg e 数Oh =μj /(ρj σd 0)0.50.00262 实验结果及分析2.1 横向液体射流表面波特征 在不同的横向气流速度和射流速度下,射流表面波的形式也不相同,其沿着下游方向发展最终影响破碎过程的特点也不一样.图2～图4为相同气流速度为25.6m /s 时,液体射流速度从3.8m /s 增加到7.8m /s ,射流表2262 第10期朱 英等:横向气流中的液体圆形射流破碎实验面波及破碎过程.图2～图4中气流方向从上至下,射流方向从左至右,图片最左边位置为喷口下游沿喷射方向距离d 0处.从图2～图4中可以看出三种工况下,射流表面一开始都是光滑无波动,下游某处开始出现小幅度蛇形波动,然后波动在气动力作用下增长放大,形式也变成螺旋状,一个波长长度内的液体被逐渐拉长,最终在表面张力作用下断开,形成大尺寸的液滴.由于非线性原理,一个波长段的液柱不会只生成一个大液滴,同时也有小液滴生成,该现象类似于文献[10]中的喷射到静止空气中的自由射流破碎过程中附带形成小液滴的情况.两者所不同的是,本文横向气流中的射流表面出现的初始波动是非对称的蛇形波动,而不是低速自由射流表面的轴对称波动,原因是横向气流的气动力作用下迎风面和背风面受力不均衡,失去了轴对称表面波形成的条件.经过测图2 工况u a =25.6m /s ,v j =3.8m /s 时的射流变形破碎结果Fig .2 Breakup pro cess of the liquid jet atu a =25.6m /s ,v j =3.8m /s图3 工况u a =25.6m /s ,v j =5.7m /s 时的射流变形破碎结果Fig .3 Breakup pro cess of the liquid jet atu a =25.6m /s ,v j =5.7m /s图4 工况u a =25.6m /s ,v j =7.8m /s 时的射流变形破碎结果Fig .4 Breakup pro cess of the liquid jet atu a =25.6m /s ,v j =7.8m /s量,对于射流速度为3.8,5.7,7.8m /s 的工况,初始出现小幅度波动位置位于沿射流下游7.8d 0,12.1d 0和15.8d 0处.可见,随着射流速度增加,发生初始扰动的位置也相应往下游移动增加.图5～图7所示气流速度为35.1m /s 时,液体射流速度从3.8m /s 增加到7.8m /s ,射流表面波及破碎过程结果,图片位置和方向与图2～图4三幅图片相同.从图中可以看出三种工况下,射流表面依然是光滑没有波动的,但是下游出现的初图5 工况u a =35.1m /s ,v j =3.8m /s 时的射流变形破碎结果Fig .5 Breakup pro cess of the liquid jet atu a =35.1m /s ,v j =3.8m /s图6 工况u a =35.1m /s ,v j =5.7m /s 时的射流变形破碎结果Fig .6 Breakup pro cess of the liquid jet atu a =35.1m /s ,v j =5.7m /s图7 工况u a =35.1m /s ,v j =7.8m /s 时的射流变形破碎结果Fig .7 Breakup pro cess of the liquid jet atu a =35.1m /s ,v j =7.8m /s2263航 空 动 力 学 报第25卷始小幅度蛇形波动已经不明显了,这种波动出现之后很快就发展为螺旋状的大幅度波动,而且气动力作用下螺旋状波动的幅值明显比前述气流速度工况下的波动幅值要大.在图7中,甚至出现了射流表面的波动幅值过大,波谷处已经被高速气流吹的很薄的现象,有点类似高速气流中液滴袋式破碎(bag breakup )的雏形,这是由于横向气流速度增大,进入气流场液体射流表面受到的剪切效果更强,以至于在射流液柱断开过程中表面张力已经不起主导作用了,气动力开始主导液柱断开的过程,射流破碎之后生成的液滴尺寸也明显变小了.三个工况下,射流表面出现初始波动的位置变化不大,约为沿着射流轨迹下游9d 0处.2.2 射流破碎过程的轨迹特征 由于气流和射流本身的脉动特性,射流运动轨迹也是脉动的,本文实验中,高速摄像仪拍摄得到一系列连续的射流破碎图片,在此基础上测量单帧图片中的射流位置,就能得到轨迹以及其脉动特征.图8所示为射流运动轨迹脉动多幅图片叠加的结果,该图的实验工况是气流速度35.1m /s ,液体射流速度为5.7m /s ,由于实验中利用高速摄像仪拍摄可以得到射流破碎脉动过程的一系列动态图片,该图显示的结果是提取其中一部分图片叠加而成,可以清楚的看到射流运动轨迹在横向气流场里面脉动的效果.随后,本文在单张图片中测量记录得到相应的射流表面位置,即可得到不同工况下,射流运动轨迹的坐标.图8 典型的射流轨迹脉动叠加图Fig .8 T y pical r esult of the jet fluctuatio n byo ver lapping tested successive images实验得到的气流速度分别为25.6m /s 和35.1m /s 时,射流速度分别为3.8,5.7m /s 和7.8m /s 时的射流运动轨迹及脉动结果如图9所示.从图中可以看出,随着射流速度增加,射流在横向气流中的弯曲程度减小;而对于同样的射流速度,增加横向气流速度会使射流的弯曲程度增大.上述射流弯曲程度的变化规律,很容易用宏观力学原理解释,结合无量纲量液/气动量通量比q ,射流运动轨迹的规律是随着q 的增加,射流动量越大,在横向气流场中穿透越深,弯曲程度也越小.图9 不同工况下的射流运动轨迹F ig .9 T r ajectories of the liquid jets for all ca ses除此之外,对于本文实验射流破碎过程的连续高频采集图片进行统计,发现射流轨迹脉动的一些规律.保持射流速度不变时,气流速度的增加,射流脉动幅度也增加,如图9中比较相同形状的空心图标与实心图标之间的结果所示;而保持气流速度不变时,射流速度的增加会减弱射流的脉动,如图9中比较空心正方形、空心圆、空心三角所示结果,以及比较实心正放心、实心圆、实心三角所示的结果.分析其原因,气流速度增加时,湍流脉动也增强,在气流气动力加速射流的过程中,动量的传输脉动也更强烈一些.而保持气流速度不变时,液体射流速度增加,在破碎点之前,经历的时间变化不大,在同样量级的时间内,射流和气流之间还没有来得及完成同样程度的动量传输就破碎了,所以脉动程度就没有那么强烈了.2.3 核心射流破碎位置 如前所述,射流破碎过程中,先发生初始小幅值波动,然后在气动力作用下,这种波动变形拉伸形成螺旋状的大幅值波动,根据气流速度不同,最终在表面张力或者气动力主导作用下,柱状的射流掐断,该位置即为核心射流破碎位置.图10所示为各种工况下的核心射流破碎位置及其脉动结果,每种工况分别取了15个数据,从图中可以看出来破碎点位置和液/气动量通量比q 有关,空心圆圈表示的q =42.3时的破碎位置和实心三角表示的q =42.4时的破碎位置非常2264 第10期朱 英等:横向气流中的液体圆形射流破碎实验接近,同样空心方块表示的q =19.1时的破碎位置和实心圆圈表示的q =22.4时的破碎位置也比较接近.图10 不同工况下核心射流破碎位置脉动结果Fig .10 Fluctuatio ns of the breakup pointsof the liquid co lumns对破碎位置的脉动进行统计,即可得到时间平均后的破碎位置坐标x b /d 0和y b /d 0,根据气动力作用下的牛顿第二定律原理,射流弯曲轨迹应该近似为抛物线形式,而破碎点又位于射流轨迹曲线上,所以对于相同的液/气动量通量比,y b /d 0和(x b /d 0)0.5成近似比例.通过已有实验结果数据点,可以得到(x b /d 0)0.5和y b /d 0与液/气动量通量比q 的关系,再反推可近似得到射流弯曲轨迹曲线公式.图11所示为lg (x b /d 0)0.5和lg (y b /d 0)与lg q 的关系,图中线性拟合相关系数图11 射流平均破碎位置坐标与液气动量通量比之间关系对数拟合结果F ig .11 Cor relations be tw een the coo rdinates ofave raged jet breakup locatio ns and theliquid /air momentum f lux ratio分别为-0.938和0.941.根据该线性拟合曲线,可以得到破碎位置坐标公式如下:x b /d 0=6.68q -0.273(1)y b /d 0=12.88q 0.235(2) 合并式(1)和(2),可以得到破碎点之前射流弯曲轨迹公式y /d 0=1.93q 0.508(x /d 0)0.53 结 论 1)测量了射流初始表面波出现的位置,该初始波动是蛇形波动,在气动力影响下逐渐发展成螺旋状表面波,最终增长到一定程度使得液体断开.而随着气流速度的增加,气动力在射流破碎过程中将取代表面张力而占据主导地位.2)总结了射流运动轨迹的规律,随着无量纲量液/气动量通量比的增加,射流弯曲程度减小,反之则弯曲程度增大.3)射流运动轨迹脉动强弱受横向气流和液体射流速度影响,脉动幅度随前者增加而增强,随后者增加而减弱.4)得到了射流破碎点脉动的结果,并给出了平均破碎点坐标与液/气动量通量比之间的关系式.5)给出了破碎点之前的射流破碎轨迹曲线公式,该曲线近似于抛物线.参考文献:[1] Tam be S B ,Jeng S M ,M ongia H ,et al .Liquid jets in sub -sonic crossflow [R ].AIAA Paper 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乙醇在微尺度单电极燃烧器内的雾化与燃烧
乙醇在微尺度单电极燃烧器内的雾化与燃烧甘云华;佟洋;罗智斌【摘要】采用荷电喷雾燃烧技术是促进微尺度下液体燃料稳定燃烧的重要方法。
使用乙醇为燃料，在新型结构的喷嘴内径为0.8 mm微尺度单电极燃烧器内，进行了荷电雾化与燃烧特性的实验研究。
结果表明：荷电雾化会随喷嘴电压升高而出现4种模式，对应的荷质比在脉动模式下最低，到达锥-射流模式后出现跃升，在锥-射流模式下最为稳定。
荷电雾化后的乙醇在燃烧器网格处稳定燃烧，火焰温度随着当量比增大先上升后下降。
火焰温度在当量比=1.0时达到最高值，且随电压增大而上升。
锥-射流模式下，当量比=1.0时，燃烧效率可达89%，燃料转换效率可达90%。
稳定的雾化模式以及合适的当量比，对燃烧效果具有较大的改善作用。
%Electro-spraying is an important technique to enhance combustion of liquid fuel in micro-scale. A new combustor with nozzle diameter of 0.8 mm and single electrode was designed and fabricated. Experimental studies on electro-spraying and combustion were carried out using alcohol as fuel. Results showed four different electro-spraying modes with the variation of nozzle potential. The specific charges were measured at different electro-spraying modes, which were lower at the pulsed-jet mode, increased greatly, and reached a stable value at the cone-jet mode. The atomized alcohol was ignited and combusted stably near the mesh, which can be regarded as a flame holder. The flame temperatures increased first and then decreased with the increase of equivalent ratio. The flame temperature reached the maximum value at the equivalent ratio of 1.0, and the maximum value increased with the increase of nozzle potential. At theequivalent ratio of 1.0, the combustion efficiency reached 89% and fuel conversion efficiency reached 90% at cone-jet mode. The stable electro-spraying mode and suitable equivalent ratio are very important to the enhancement of combustion of alcohol in micro-scale.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2015(000)011【总页数】6页(P4597-4602)【关键词】微尺度;醇;燃料;荷电雾化;燃烧效率;转换效率【作者】甘云华;佟洋;罗智斌【作者单位】华南理工大学电力学院，广东广州 510640; 广东省能源高效清洁利用重点实验室，广东广州510640;华南理工大学电力学院，广东广州 510640; 广东省能源高效清洁利用重点实验室，广东广州510640;华南理工大学电力学院，广东广州 510640; 广东省能源高效清洁利用重点实验室，广东广州510640【正文语种】中文【中图分类】TK1620世纪70年代，微传感器的问世促进了微型机电系统（micro-electro-mechanical system，MEMS）的发展[1]，微尺度燃烧器作为MEMS的动力装置，有着体积小、能量密度高等特点，是MEMS不可缺少的核心装置之一。
电液压脉冲水射流发生器及破岩研究...
电液压脉冲水射流发生器及破岩研究重庆大学硕士学位论文学生姓名：刘*指导教师：廖振方教授专业：机械设计及理论学科门类：工学重庆大学机械工程学院二OO八年四月Study on Electro-hydraulic Impulse Water Jet Generator and Rock-BreakingA Thesis Submitted to Chongqing Universityin Partial Fulfillment of the Requirement for theDegree of Master of Mechanical EngineeringbyLiu NingSupervisor: Prof. Liao ZhenfangMajor: Mechanical Design & TheoryCollege of Mechanical Engineering ofChongqing University, Chongqing, ChinaApril 2008摘要为了满足我国社会主义经济大发展时期工程建设领域中采矿、隧道、地下等工程的发展需要，针对当前破岩设备和装置所存在的问题，提出利用电液压脉冲效应作为高压脉冲水射流动力源。
对电液压脉冲水射流发生器的工作原理和电气参数进行了分析。
基于椭球体聚焦冲击波的原理，提出了冲击波聚能高压脉冲射流发生器。
应用热力学、流体力学、电学、机械学、声学、光学以及等离子体物理学等学科的理论知识对电液压脉冲技术中脉冲大电流发生器的工作原理、水中放电时产生的机械效应、气隙和液体击穿机理、放电通道的形成及其特点进行了分析和讨论。
建立了等离子体通道的数学模型。
利用π定理和无量纲分析方法推导出放电通道的液动力特性的无量纲微分方程，通过求解无量纲微分方程得到了放电通道的液动力特性与放电回路电气参数间的关系，从而可以能预测放电通道内的压力、通道半径和通道膨胀速度。
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*
荷电双流体喷雾射流沉积均匀性分析
荷电双流体喷雾射流沉积均匀性分析姚江;王军锋【摘要】Based on the twin-fluid atomization nozzle,a charged twin-fluid spray system and corona charging device were designed to study the deposition uniformity of twin-fluid electrostatic spray. The key factors affecting the uniformity of twin-fluid electrostatic spray were analyzed through experimental study. The results show that increasing the working height, fan pressure or reducing the atomizing pressure can effectively reduce the coefficient of variation and improve the uniformity of deposition. The electrostatic field can effectively improve the atomization, and improve the spray flow field and uniformity of the deposition.%为研究荷电双流体喷雾射流沉积的均匀性,基于双流体雾化喷嘴设计了荷电双流体喷雾系统及电晕荷电装置.通过试验研究,讨论了影响荷电双流体喷雾沉积均匀性的关键因素及其作用规律.结果表明,增加喷枪的工作高度、扇形压力或减小雾化压力,可以有效减小双流体雾化沉积分布变异系数,提高沉积的均匀性;静电场的参与能有效提高雾化效果,改善喷雾流场,提高沉积分布的均匀性.【期刊名称】《湖北农业科学》【年(卷),期】2017(056)021【总页数】5页(P4137-4140,4216)【关键词】荷电双流体喷雾;沉积均匀性;变异系数;喷雾流场【作者】姚江;王军锋【作者单位】江苏科技大学苏州理工学院,江苏张家港 215600;江苏大学能源与动力工程学院,江苏镇江 212013【正文语种】中文【中图分类】S491双流体荷电雾化是通过液体与高压气体混合形成液膜，在高速气流的动能及剪切力作用下液膜破碎进而形成众多细小液滴，液滴再通过不同的充电方式荷上电荷的过程［1－3］。
射流在不可压气流中破碎过程高精度数值仿真
射流在不可压气流中破碎过程高精度数值仿真张波涛;张友平;张民庆【摘要】研究液体射流在不可压气流中破碎过程的难点在于捕捉射流柱表面细节特征.采用基于Gerris开源代码的树形自适应加密算法和VOF方法对射流袋式破碎和剪切破碎的典型算例数值计算,实现了射流柱从变形、弯曲到破碎成液滴的全过程可视化,清晰的捕捉到了射流柱表面形成的表面波,计算得到的射流轨迹、破碎长度和液滴空间分布均与文献中实验结果很好的吻合.直观表明表面波导致射流柱不稳定,射流袋式破碎液滴较大,剪切破碎液滴平均直径约为60 μm,基于Gerris的高精度数值算法有助于进一步认识射流破碎机理和高效评估破碎效果.%The difficulty of studying the breakup process of liquid jet in incompressible airflow is to capture the surface detail of the jet column.The typical calculating examples for bag breakup and shear breakup of jet column was numerically computed by VOF method and tree-structure adaptive mesh refine-ment algorithm based on Gerris open code,by which the visualization of the whole process of the jet col-umn distortion,bend and breakup was realized, and the surface waves formed on the surface of the jet columns also be clearly captured.The calculated jet trajectory,breakup length and droplet space distribu-tion are consistent with the experimental results in the reference literature,which shows that surface wave can cause instability of the jet column,big droplet of bag breakup and about 60 μm diameter droplet of shear breakup.The high-precision numerical algorithm based on Gerris is conducive to further understand-ing of the jet breakup mechanism and effective evaluation of breakup.【期刊名称】《火箭推进》【年(卷),期】2018(044)001【总页数】8页(P59-66)【关键词】不可压气流;射流;袋式破碎;剪切破碎;自适应网格加密;Gerris【作者】张波涛;张友平;张民庆【作者单位】西安航天动力研究所,陕西西安710100;液体火箭发动机技术重点实验室,陕西西安710100;西安航天动力研究所,陕西西安710100;航天推进技术研究院,陕西西安710100【正文语种】中文【中图分类】V430-340 引言射流破碎后液滴粒径小且均匀，就有利于气态燃料和液态燃料的掺混，实现高效率燃烧。
水射流冲击破碎溷凝土的数值模拟
科技信息2010年第23期SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION0引言水射流技术是一门近几十年发展起来的高新科技。
它在国防和经济建设中有着广泛的应用前景，在采矿、石油化工、建筑、隧道开挖等行业中有着举足轻重的作用，但是关于水射流的破碎机理并没有取得统一的认识，特别是在理论上有待进一步的研究。
随着水射流技术的发展和其应用的需求，它的作用机理的研究意义就显得十分重要，这对水射流的发展和应用具有根本的指导意义。
高压水射流冲击破碎旧水泥混凝土路面突破了水泥路面传统的维修方法，摒弃了机械式破碎设备进行路面破碎带来的噪声、尘屑等负面影响，具有高效、节能、环保、节约成本等优点。
高压水射流的冲击主要形成了初期的破碎区域，形成了损伤破碎主体，其破碎区域形成时间非常短，在毫秒量级以内。
但是现有的理论模型大部分对水射流破碎过程简化过多，许多研究要点、问题关键因为存在较大难度而被忽略，如流固耦合作用、水射流高压冲击作用、靶板的动态响应等等。
虽然试验研究属于比较直接、可靠的方法，但是目前在水射流试验中，只能够做到一些要求条件比较低的实验，通过实验我们可以观察破碎区域，但是我们无法详细观察到其破碎区域的形成过程及其内部的应力分布状况，另外一些需要高压破碎的材料，实验中又涉及到实验成本、安全等方面的问题，这些都是实验中一些受限制的地方，难以分析水射流冲击破碎的物理破坏过程及其破坏机理。
本文通过非线形有限元程序，采用ALE算法和拉格朗日算法实现了它们之间的耦合（流固耦合），研究了射流冲击时，一些因素对破碎区域的影响规律，主要分析研究了在不同的加压压力下，水射流冲击混凝土时的应力演变图以及破碎效果图，同时，还分析了双股射流冲击破碎的情况，研究结果显示双股射流之间存在着最佳距离，可以使得破碎区域达到最优化的效果。
这些为研究水射流破碎机理提供了可靠的理论依据，为指导实验研究和应用实践提供了指导方向。
1计算模型通过对射流、混凝土结构属性的模拟，采用动力接触分析混凝土受到射流冲击后的破碎形成过程。
异形喷嘴自由射流破碎长度及射程的实验研究
２０１４年８月灌溉排水学报Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｒａｉｎａｇｅ 第３３卷第４／５期 文章编号：１６７２－３３１７（２０１４）０４／０５－０１４９－０５异形喷嘴自由射流破碎长度及射程的实验研究＊蒋跃，李红，向清江，陈超（江苏大学流体机械工程技术研究中心，江苏镇江２１２０１３）摘 要：依据面积相同原则，设计了２种形状的异形喷嘴，测量了异形喷嘴的流量、射程和末端水滴直径，并与圆形喷嘴对比分析，同时在实验基础上分析了喷嘴出口形状、压力及锥角的改变对射流破碎长度的影响。
结果表明，工作压力相同时，射程和末端水滴直径均以圆形喷嘴最大，三角形喷嘴最小；同一压力下，三角形喷嘴的射流破碎段最短，而四边形喷嘴的射流破碎段最长；随着喷嘴锥角的增大，异形喷嘴在锥角为５５°时射流射流破碎长度段最短，而圆形喷嘴在锥角为４５°时破碎段最短，说明圆形喷嘴选择锥角４５°时射程和雾化效果均为最优。
关 键 词：异形喷嘴；射流；低压；破碎长度；射程中图分类号：Ｓ２７４．２；Ｓ２７７．９＋４ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０．１３５２２／ｊ．ｃｎｋｉ．ｇｇｐｓ．２０１４．０４／０５．０３２蒋跃，李红，向清江，等．异形喷嘴自由射流破碎长度及射程的实验研究［Ｊ］．灌溉排水学报，２０１４，３３（４／５）：１４９－１５３． 随着喷灌技术的发展，对射流的射程及雾化效果的要求越来越高［１－２］。
异形喷嘴作为一种非圆形新型喷嘴，在某些条件下其性能比普通喷嘴更优越，具有改善喷头射程和雾化状况等优点［３－６］，广泛应用于多领域［７］。
为此，以异形喷嘴为研究对象，研究正三角形和正四边形喷嘴在不同压力条件下的流量、射程和末端水滴直径，同时研究喷嘴喷孔形状、工作压力和喷嘴锥角对低压射流破碎长度的影响。
为异形喷嘴射流的应用提供一定的指导。
１ 实验装置及喷嘴设计射流破碎实验装置由流量计、压力表、喷头、光源、皮尺、黑幕、高速摄影仪及采集计算机构成系统。
滴状模式下液桥形成及断裂的电流体动力学特性研究
滴状模式下液桥形成及断裂的电流体动力学特性研究霍元平; 王军锋; 左子文; 刘海龙【期刊名称】《《力学学报》》【年(卷),期】2019(051)002【总页数】7页(P425-431)【关键词】荷电液滴; 液桥; 电流体动力学; 高速数码摄像【作者】霍元平; 王军锋; 左子文; 刘海龙【作者单位】江苏大学能源与动力工程学院江苏镇江212013【正文语种】中文【中图分类】TK018引言作为电流体动力学的一个重要分支，微通道静电雾化是区别于传统机械雾化的一种新型喷雾技术，带电液滴在库仑斥力的作用下削弱了液滴的表面张力，从而促使液滴易于破碎成更细小的微液滴[1].这种雾化技术凭借低能耗(毫瓦级)可获得大量粒径小、单分散性好、可控性强、沉积率高的荷电微液滴，在微/纳薄膜及颗粒制备、微型燃烧、空间微动力推进等领域应用潜能巨大[2−4].静电雾化理论的发展涉及到荷电液滴的变形及其破碎机理、静电雾化模式及其雾化特性、荷电射流不稳定性等各个方面[5−8]，如1882年Rayleigh[9]首次通过理论分析预测了球形荷电液滴的临界破碎条件(瑞利极限)，1915年Zeleny[10]通过较为系统的实验研究最早对静电雾化进行了观察与分析，确立了高电压作用下从毛细管尖端喷射出液锥的分裂破碎机制，Taylor等[11−14]理论分析结合实验测量对电场中无黏射流的稳定性进行了开拓性的研究，在小扰动近似下计算了Varicose模态和Kink模态的增长率.这一系列的研究为静电雾化机理的研究奠定了理论及数值模拟基础，建立在此基础上的研究工作使静电雾化理论的发展取得了长足的进步.值得一提的是，滴状模式下液桥的形成及演化行为是荷电微射流雾化模式研究中经常容易被忽视的一个科学问题，对液桥形成及断裂的动力学行为的深入分析是揭示射流雾化模式过渡演变规律的关键，其电流体动力学特性直接影响着静电雾化模式显微形貌的发展.Jaworek等[15]对蒸馏水、乙二醇和乙醇不同雾化模式下的射流状态进行高速摄影，单一地描述了滴状模式、微滴落模式、纺锤模式、多股射流模式等的液滴及射流形成过程，未涉及滴落机制及射流模式过渡演变的分析.文献[16]在不综合考虑液滴物性的前提下,围绕滴状模式下液滴形成过程对液线断裂及卫星液滴运动规律开展实验研究，结果表明注射流量及电场强度影响下液滴尺寸与液线形貌的变化存在映射关系，而对液桥自身的演变特征未过多关注.Lee等[17]重点研究了交流电场中液滴的形成机理及动力学问题，分析了液滴拉长和破碎两阶段的机理，并提及了电极距离和绝缘材料等影响液滴形成过程的一些关键参数.Mariano等[18]报道了高邦德数下毛细管脱落液滴形成的动力学特性及射流过渡行为，定量分析了在定流量时黏度及毛细管径对卫星液滴形成及射流演变的影响，并描述了高黏液滴液桥形貌随韦伯数的变化规律.Moloud等[19]针对牛顿与非牛顿流体，定义液滴拉伸长度、最小液桥宽度及当前接触角分析了非荷电液滴的形成过程，结果表明在液体浓度及流量的影响下非牛顿流体与牛顿流体的液桥变化存在明显差异.综上所述，液桥的形成及演变是滴状模式下液滴脱落所孪生的流体动力学行为，相关研究学者从多角度直接或间接的描述了液桥的动力学行为，然而针对静电雾化过程中滴状模式的液桥演变特征却仍存在较多的研究盲点，尤其是在综合考虑表面张力、黏度及电导率等参数情况下对液桥长度及液桥破碎顺序的探讨还缺乏相关报道.本文基于时空分辨率较高的高速摄像技术，通过精确捕捉静电雾化滴状模式下液桥形成及断裂过程的显微形貌特征，研究了不同电压下液体电导率、表面张力及黏度对液桥电流体动力学演变行为的影响，并从液桥断裂长度及断裂顺序的角度分析了滴状模式的变化及过渡演变机制，对揭示荷电微射流雾化模式演变规律及丰富静电雾化基础理论具有十分重要的意义.1 实验装置及方法图1为实验的装置示意图.实验所采用的毛细微通道内径为0.47 mm，外径0.7 mm.微流量注射泵精确控制液体流量在50µL/min，使单液滴形成稳定的发生频率；负高压静电发生器(0～20 kV)的负极与毛细微通道尖端连接，正极接板状电极(紫铜材质)并接地，构成负高压静电发生系统.板状电极放置在距毛细微通道尖端正下方1.3 cm处，组成针-板荷电形式的电场区域；关键结合部位用聚四氟乙烯材料绝缘；二维滑动导轨可以精确调节微射流在相机拍摄区域的位置，为射流捕捉区域的选取与定位提供便利.为获得亚毫秒至微秒级时间内的微射流演变过程，借助奥林巴斯公司i-SPEED 3高速摄像机(拍摄频率为2000帧/秒时图像分辨率为1280×1024)，配合型号为NAVITAR 12X的显微变焦镜头对射流雾化区域内从滴状模式到多股射流模式的射流演变行为进行显微拍摄从而进行可视化研究.拍摄光源为LED冷光源，放置在相机正对面.实验中为了防止静电累积，测量设备均应作接地处理进行保护.本实验工况均在(25±0.5)°C恒温环境中进行，室内湿度控制在30%.实验选取了生物柴油、不同浓度的氯化钠水溶液及无水乙醇等几种实验介质，如表1所示.无水乙醇和去离子水的物性方面差异性较大的是它们的表面张力，而生物柴油的黏性较大；对于不同浓度的NaCl去离子水溶液，其包括密度、表面张力、黏度等的物性参数基本相似，但电导率存在较大差异外(彼此至少存在一个数量级的差异)，因此可以通过对比分析这三种液体的射流雾化特征获取黏度、表面张力及电导率对其射流雾化界面演变及射流雾化区间的影响及作用规律.图1 荷电液滴形成的可视化实验装置Fig.1 Experimental devicefor charged droplet formation表1 试验介质的相关物性参数Table 1 Properties of the liquids used in the experimentExperimental mediumDensity/(kg·m−3)Viscosity/(mm2·s−1)Conductivity/(µS·cm−1)Surfacetensio n/(mN·m−1)Relativedielectric constant biodiesel 880 6.95 4.0×10−6 261.90 ethyl alcohol 790 1.3 0.5 21 25.7 deionized water 999 1.07 1.3 72 77.5 0.5%NaCl 1012 1.04 9.2×103 72 73.2 10%NaCl 1071 1.02 1.42×105 75 70.32 结果与讨论对于单液滴发生器来说，液滴从毛细管口脱落过程中会与管口半月面之间形成液桥，无水乙醇的液桥形成过程如图2所示.L代表临界液桥长度，它表示液桥任意一端脱落瞬间的端点到液桥边界与半月面边界的交点的垂直距离(见图3)，即图中液桥所形成锥体的高度.这个长度不仅与液体的物性如表面张力、黏度、密度等有密切关系，同时还受液体流量、毛细管径等的重要影响，这里引入相对液桥长度LR(临界液桥长度与毛细管半径之比).当液滴发生器周围存在电场时，即把负高压静电发生器的高压端与毛细微通道相连，板状电极接地，形成一个负高压荷电区域，此时在液桥的拉升过程中电场力将扮演着非常重要的角色.毛细微通道静电雾化过程中，管口半月面形貌的过渡演变是静电力与毛细管力共同作用的结果，可以通过电邦德数加以描述[20]其中，ε和σ分别代表空气的介电常数与液体的表面张力，R是毛细管半径，E(0)表示毛细管口的电场强度.对于实验中采用的针-板极形式的电场形态，毛细管口电场强度为[21]图2 无水乙醇的液桥形成过程图像Fig.2 Formation processof liquid bridgefor ethyl alcohol图3 液桥的形成示意图Fig.3 Schematic of liquid bridgeformation process其中V为毛细管口的荷电电压，H表示板电极表面到毛细管口端面的距离.结合方程(1)和(2)可知电邦德数Bo E与电压的平方成正比，且受毛细管尺寸、极间距及液体表面张力的影响，较单一的电压参数能更准确地鉴别射流模式的过渡行为，对于研究荷电液滴形成及射流转变的动力学行为特征有重要的指导意义.2.1 液桥的断裂长度不可压缩流体黏性的增强会导致临界液桥长度的显著增大，因为黏性力的增大使作用于液桥界面的阻尼干扰增强.与此同时，因液体相对表面张力的减小而导致收缩性下降，液桥长度也会有一定程度的增大.众所周知，弹簧系统中弹性系数与位移是成反比的，如果用液桥弹簧模型进行分析，黏性的增大或表面张力的减小会导致弹性系数的下降，此时类比于弹簧位移的临界液桥长度L将会增大.外加电场存在的情况下，直径为D、荷电量为q的荷电液滴，其相对表面张力将被削弱[22]其中，σ和σ0分别代表液体的相对表面张力和固有表面张力,而q是此时液滴的荷电量.当相对表面张力减小时，液滴抵抗变形的能力减弱，液滴不稳定性增强从而更容易发生变形.值得注意的是，方程(4)成立的假设条件是电荷在液滴表面是均匀分布的，实际上由于液桥的非球形特征，其表面电荷密度是非均一的，电荷主要聚集在液桥上下游两个曲率较大的断裂点处，这导致轴向(电场力方向)断裂点处的相对表面张力比液桥其余位置处削弱的更明显，意味着液桥沿轴向更容易变形，因此滴状模式下临界液桥长度L对外加电场的变化十分敏感.2.1.1 时间特征数对临界相对液桥长度的影响图4 不同实验介质的临界相对液桥长度Fig.4 Relativelengthsof different experimental media表2 不同物性液体的相关时间常数及相对液桥长度Table 2 Relative time constant and liquid length of different liquidsMedium τH/µs τc/µs L R 0 kV 1.0 kV 2.0 kV 2.7 kV biodiesel 80.00 3.5×103 1.12 1.14 1.20 1.31 ethyl alcohol 13.2 0.36 0.90 0.92 1.02 1.20 deionized water 5.20 0.40 0.67 0.69 0.78 0.90 1%NaCl 5.00 6.0×10−5 0.66 0.69 0.77 0.89 10%NaCl 4.703.7×10−6 0.64 0.68 0.74 0.87图4给出了不同电压下各种试验介质的相对液桥长度.这里引入流体动力学弛豫时间[23]τH=ηR/σ及荷电弛豫时间[24]τc=ε/4πγ来分析黏度和电导率对液桥长度的影响规律.其中ε和γ分别表示液体的介电常数及电导率，η代表液体的黏度，τc能够直接反应表面电荷沿电场力方向迁移速度的大小，而τH能够直观地反应毛细波(表面张力波)的机械变形速度.根据表1计算出5种实验介质的相关时间常数，其对应的相对液桥长度如表2所示.从表中可以看出，生物柴油、无水乙醇、去离子水、1%NaCl及10%NaCl的τH分别为80.8，13.2，5.2，5.0及4.7µs，此时对应Bo E=0时的相对液桥长度分别为1.12，0.9，0.67，0.66及0.64，这表明相对液桥长度对流体动力学弛豫时间的变化十分敏感.去离子水、1%NaCl及10%NaCl三种介质的荷电弛豫时间至少存在一个数量级的差别，然而在荷电情况下他们之间的相对液桥长度基本一致，这意味着相对液桥长度与荷电弛豫时间的变化关系不大.根据表2可以进一步发现，不同浓度的NaCl水溶液除了电导率和去离子水有较大差异之外，其他物性参数处于同一数量级.这意味着液体的电导率对相对液桥长度的变化影响微弱.此外需要注意的是，低电压工况下各实验介质液桥相对长度的变化并不明显，而在较高电压工况下相对液桥长度的增长速度加快.生物柴油和无水乙醇之间除了黏度差别较大外其他物性参数相似，而生物柴油的液桥长度总是比同等实验工况下的无水乙醇要大，这表明在液桥拉伸的过程中黏度是影响相对液桥长度的一个非常重要的参数；同时与无水乙醇相比，去离子水在其他物性参数与之相似的前提下表面张力是无水乙醇的3倍，而其相对液桥长度总比同工况的无水乙醇要小，这意味着表面张力同样对液桥拉伸的形貌特征影响显著. 2.1.2 电邦德数对相对液桥长度的影响滴状模式下随着Bo E的不断增大，母液滴脱落过程中液桥的长度及母液滴的半径r也都在发生相应的变化，图5给出了其高速数码拍摄的液桥形成过程的显微形貌.两种实验介质的液桥长度均会随着电邦德数的增大而增大，而母液滴的尺寸却都在电邦德数的增大过程中不断减小.从图中不难发现，两种实验介质的液滴脱落模式均存在突变区，当Bo E＞1.51时无水乙醇由滴状模式过渡到纺锤模式，而当Bo E ＞1.82时生物乙醇由滴状模式过渡到脉动模式.不同的是，两者突变区来临前的液桥长度存在较大差异，生物柴油突变区的液桥长度成倍增大.图6给出了两种实验介质相对液桥长度及相对母液滴尺寸随电邦德数的变化.当Bo E较小时，两种实验介质的液桥相对长度对电场强度的变化并不明显，均表现为略微增大，此时无水乙醇液桥相对长度始终小于生物柴油，此时相对于静电力，液体的毛细管力占主导地位.当Bo E较大时，生物柴油和无水乙醇的相对液桥长度随着Bo E的增大均有明显提升，这说明相对液桥长度仅对较高的电场强度变化敏感，由方程(4)可知，这是由于液滴荷电削弱了相对表面张力而导致的，此时无水乙醇的相对液桥长度要大于生物柴油的值.从图中可以看出，无论是无水乙醇还是生物柴油介质，相对液桥长度均存在突变区.对于无水乙醇，当Bo E从1.41增大到1.51时，相对液桥长度从1.5陡然升至2.25，此后从液桥形貌可以发现，滴状模式过渡到纺锤模式.同样对于生物柴油，当Bo E从1.82增大到1.88时，相对液桥长度从2.25陡然升至4.25，此后从液桥形貌可以发现，滴状模式过渡到脉动模式.这表明液桥的突变恰恰就是雾化模式过渡的信号.此外从母液滴的尺寸变化来看，随着Bo E的增大，母液滴的相对大小均在不断下降，在液桥长度微增大区间，两种介质的r/R近似线性递减，而在在液桥长度明显增大区间,两种介质的r/R呈现非线性递减特点.同时对比两种实验介质，无水乙醇母液滴的大小始终比同Bo E下的生物柴油要小.图5 不同Bo E下液桥形成过程的显微演变形貌Fig.5 Micro morphology of theliquid bridgeformation processat different Bo E图6 不同Bo E下相对液桥长度及母液滴相对大小Fig.6 Relativelengthsof theliquid bridgeand droplet radiusat different Bo E相对液桥长度是反映卫星液滴形成过程的一个非常重要的因素.在外加电场存在的情况下，液桥的表面张力随着电压的不断增大被削弱的程度也在不断增大，这导致相对液桥长度会持续增大.相对表面张力的减小会引起弹性系数的降低，使得液桥收缩形成卫星液滴后其向上的初始动量减小，最终带来的影响将是卫星液滴沿微通道轴向空间上下振幅的缩小.图7 不同Bo E下液桥的上下游相对曲率半径.介质为无水乙醇Fig.7 Relativecurvatureradiusof theliquid bridgeat different Bo E.Liquid is ethyl alcohol图8 不同Bo E下形成角的变化Fig.8 Anglechanges with theincreaseof Bo E 2.2 液桥的断裂顺序当液桥达到一个临界长度时便会从上下游末端依次断裂，而此时液桥的断裂顺序将直接影响到射流模式过渡演变的形貌特征.液桥断裂后管口半月面及母液滴可以近似为球形曲面，此时基于球形半径的曲率半径可以通过测量直接获得.这里我们引入相对曲率Z R(曲率半径与毛细管半径之比)使得曲率半径具有可参照性，液桥的破碎顺序取决于上游管口半月面及下游母液滴的相对曲率值的大小.图7给出了不同Bo E下无水乙醇的液桥上下游相对曲率值的变化情况.图中发现，当Bo E范围在0～1.40范围内时，母液滴的相对曲率半径值Z R2的测量值一直大于半月面的相对曲率半径值Z R1.由于界面的曲率更大，此时半月面管口毛细压力较母液滴的大，这导致液桥始终会在下游先断裂而后是上游与半月面夹断.然而，随着Bo E的不断增大，从微通道管口脱落的初始液滴的尺寸在不断减小.当Bo E达到1.51时，Z R2近似于Z R1，此时液桥的上下游两端几乎同时夹断；继续增大Bo E至1.56时，母液滴的Z R2值开始小于管口半月面的Z R1值，这导致液桥从上游末端先断裂而后才是下游末端断裂.这也就意味着如果Z R2＞Z R1，液桥总是从下游先断裂，这种破碎顺序的发生是基于非荷电或荷电电压较低的实验工况.当电场强度足够高时，从微通道管口脱落的母液滴尺寸开始逐渐小于管口半月面从而导致Z R2＜Z R1，此时液桥将从上游末端先发生断裂.后处理过程中我们把液桥上游末端瞬间断裂后的管口半月面锥与水平线的形成角记为α，同时把液桥下游末端瞬间断裂后的母液滴上游锥面与水平线的形成角记为β，通过图片后处理获得不同Bo E工况下的α和β值并类比Z R1和Z R2，如图8所示.对于无水乙醇，随着Bo E不断增大，α值从Bo E=0工况下的50.2°缓慢增长到Bo E=1.61时的55°；然后大不相同的是，β值却从Bo E=0工况下的17.4°迅速增长到Bo E=1.61时的62°.这期间α和β值在Bo E=1.51时有一个交叉点，α≈β=53.8°.与图5对比可以发现，α和β的数值关系直接反映着管口半月面和母液滴曲率的变化，表明形成角数值与曲率半径成反比关系.当β＜53.8°时，液桥将始终从下游末端先断裂，而一旦β＞53.8°时，液桥的断裂顺序发生突变，开始从上游末端先破裂.这与曲率比φ表达的思想是一致的，如果α＞β,Z R2＞Z R1;同样,Z R2＜Z R1如果α＜β.因此α和β值是用来评估液桥破碎顺序的一个非常重要的参数.实际上，随着Bo E的不断增大，不同物性的液体其形成角变化存在较大差异.图中对于生物柴油，当Bo E从0逐渐增大到1.69时，α值从52°缓慢增长到57°，β值从32°较快增长到46°；然而当Bo E增大到1.86时，α值将迅速增长到66°而β值依旧维持在46°附近.此时从图中可以发现，整个过程中α值均大于β值，这导致整个滴状模式区间内液桥将始终从下游末端先断裂.因此随着Bo E的不断增大，不同物性液体的射流过渡行为由于形成角变化的不确定性而存在较大差异.当前实验研究发现，对于无水乙醇液体，Bo E的增大使滴状模式首先过渡到纺锤模式，而对于生物柴油液体，滴状模式后会首先出现脉动模式而非纺锤模式，这在一定程度上映射了不同物性液体的静电雾化模式存在着差异性.3 结论(1)流体动力学弛豫时间是影响相对液桥长度一个非常重要的无量纲数，表明黏度与表面张力之比决定着液桥的断裂长度，而通过荷电弛豫时间的对比发现液体电导率对液桥长度的变化影响甚微.(2)当Bo E较小时，液桥相对长度变化并不明显，当Bo E较大时，相对液桥长度随着Bo E的增大均有明显提升.两种介质的相对液桥长度均存在突变区并伴随着雾化模式的转变，表明液桥的突变恰恰是雾化模式过渡的信号.(3)α和β值是用来评估液桥破碎顺序的重要参数，随着Bo E的不断增大，无水乙醇存在液桥断裂顺序转变的临界形成角值，进而过渡到纺锤模式；对于生物柴油，由于β值始终小于α值，液桥无法从上游半月面率先脱落，这导致当Bo E增大到某一临界值时滴状模式会过渡到脉动模式而非纺锤模式.参考文献【相关文献】1 Jaworek A,Lackowski M,Krupa A,et al.Electrostatic interaction of free 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荷电黏性液体射流线性不稳定性分析
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｂａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｌ ａ ｎ ｔｂ ｌ ｙ ｔ ｅ ｒ ｓ ｄ ｏ ｈ ｉ ｒｉ ｓａ ｉｉ ｈ ｏ ｙ，ｔ ｅ ｐ ｒｕ ｂ ｄ ｐ ｅ ｓ ｒ ｎ ｌｃｒｃ ｆｅｄｓｗｅ ｅ ａ ａ ｎｅ ｔ ｈ ｅ ｔ ｒ ｅ ｒ ｓｕ ｅ ａ ｄ ｅｅ ｔｉ ｌ ｒ ｎ — ｉ
■ ６ ２ 暇●■——圈圆圆盘瞳———■■墨
荷 电雾 化形 成 的液 滴 具 有 细 小 均匀 的特 点 ， 目
前 已应 用 于药剂 喷洒 、 烟气 湿法 脱硫 、 燃油 燃烧 等领
域或场合 ， 但是 其雾 化机理仍 有待 于进 一步 地完 善 Ｊ根 据 Ｒ ｙｅ ｈ的研究 ， 体射 流的破 碎主 要原 ． ａｌｇ ｉ 液
液体射流不稳定性的影响． 研究结果表明： 增加射流速度或荷 电电压均能使射 流不稳 定性增加 ， 表 面波 最 大增 长 率及 其 对应 的最优 波数 、 大波数 均 增 大 ， 流 破碎 形 成 的 液 滴特征 尺 寸减 小． 最 射 黏度 的提 高使射 流趋 于稳 定 不 易破碎 ， 面波最 大增 长率及其 对应 的 最优 波数 减 小 ， 流破碎 形 表 射 成 的液 滴特征 尺 寸增 大 ， 最大波 数保持 不 变． 流速度 在 ０—１ｍ ｓ 围 内， 而 射 ／ 范 非荷 电与荷 电情 况 下０阶表 面波始终存在 ； 非荷 电时， 只有 当射流速度达到一定数值时 １ 阶表面波才出现 ， 荷电后 ， ｌ阶表 面波在更 小的射 流速 度 时即 可 出现 ； ０阶表 面 波最 大增 长 率 大 于 １阶表 面波 最 大增 长 率 ， 在 液体射 流破碎 过 程 中 占据 主导地 位． 关键 词 ： 电射 流 ； 荷 不稳定性 ； 色散 方程 ； ０阶表 面波 ； １阶表 面 波 中图分 类号 ： ２７９ ３ ８ 文献标 志 码 ： ￥７ ． ；０ ５ Ａ 文章 编 号 ：１７ ８３ （０２ ０ ０２ ０ ６４— ５０ ２ １ ）２— ２５— ６
水射流基本理论讲解课件
目录
• 水射流概述 • 水射流形成机制 • 水射流动力学特性 • 水射流切割性能 • 水射流清洗性能 • 水射流案例分析
01
水射流概述
水射流定义
01
02
03
高速水流
水射流是以水为工作介质 ，通过加压设备或重力作 用，形成高速水流。
连续或脉冲
水射流可以是连续的水流 ，也可以是脉冲的水流， 这取决于使用的喷嘴类型 和操作条件。
水射流切割应用
工业制造
水射流切割广泛应用于汽车、航 空航天、船舶、电子等工业制造 领域，用于切割金属、非金属、
复合材料等各类材料。
建筑行业
水射流切割可用于混凝土、岩石等 建筑材料的切割，具有切割精度高 、损伤小等优点。
医疗领域
水射流切割在医疗领域也有广泛应 用，如手术中的组织切割、牙齿治 疗中的龋齿去除等。
水射流形成原理
液体压力与流量关系
当液体受到压力时，它会形成一条直 线射流。压力越大，射流越快，流量 也越大。
射流的形成与扩散
当液体的压力足够大时，它会以极快 的速度向外扩散，形成射流。随着射 流扩散，压力逐渐降低，速度也逐渐 减慢。
水射流形成过程
喷嘴设计
喷嘴是形成水射流的关键部件。 根据不同的需要，喷嘴可以有不 同的形状和尺寸。
2. 机身表面清洗：水射 流可用于飞机和航天器 机身表面的清洗，去除 附着的尘埃和污垢，提 高飞行器的气动性能。
3. 流体动力学研究：水 射流在航空航天领域中 还被用于流体动力学研 究，以了解流体与飞行 器表面的相互作用。
水射流在环保领域中的应用案例
总结词：水射流在环 保领域中应用广泛， 能够有效地处理环境 污染问题，提高环境 质量。
摇臂式喷头圆射流初级碎裂数值模拟与实验
摇臂式喷头圆射流初级碎裂数值模拟与实验韩文霆;索文浩【摘要】为探明摇臂式喷头射流碎裂机理,基于VOF多相流模型理论,采用计算流体动力学(CFD)分析软件Fluent,在200～600 kPa的中低压条件下,使用几何重建(Geometry reconstruction)方法进行界面跟踪,用瞬态PISO方案求解控制方程,对摇臂式喷头圆射流初级碎裂进行数值模拟,获得了初级碎裂液滴直径和射流碎裂长度.采用高速摄影技术进行实验测量,分析了初级碎裂液滴直径和射流碎裂长度模拟值和实测值的相对误差,讨论了初级碎裂液滴直径和射流碎裂长度随喷嘴直径和工作压力的变化情况.结果表明,摇臂式喷头圆射流初级碎裂包括连续段、过渡段和碎裂段3个典型形态,喷嘴直径和入口压力是影响射流碎裂长度和射流初级碎裂液滴直径的主要因素,射流初级碎裂液滴直径D与喷嘴直径d(d ＞5 mm)有较好的相关性(D=1.634d,R2=0.912),初级碎裂液滴直径的模拟值与实测值相对误差为23.92％,拟合精度良好.给出了射流碎裂长度L与韦伯数We的拟合模型,该模型能较好预测摇臂式喷头在低压条件下射流碎裂长度.【期刊名称】《农业机械学报》【年(卷),期】2015(046)012【总页数】7页(P67-73)【关键词】摇臂式喷头;圆射流;碎裂长度;VOF;高速摄影【作者】韩文霆;索文浩【作者单位】西北农林科技大学机械与电子工程学院,陕西杨凌712100;中科院水利部水土保持研究所,陕西杨凌712100;西北农林科技大学机械与电子工程学院,陕西杨凌712100【正文语种】中文【中图分类】S22喷灌作为一种先进的节水灌溉技术推动了世界农业灌溉的发展，摇臂式喷头作为喷灌系统中的关键设备，由于其结构简单、工作可靠在国内外得到广泛应用。
目前对其研究主要在基础理论、设计方法和喷洒性能等方面[1-3]。
对摇臂式喷头射流碎裂规律和影响因素的研究还较少，因此探明射流碎裂规律和影响因素，对优化喷嘴结构，改善喷灌系统具有指导意义。
液体射流泵技术的理论及应用
液体射流泵技术的理论及应用摘 要：射流泵是利用射流紊动扩散作用，来传递能量和质量的流体机械和混合反应设备。
运用流体力学和湍射流理论，导出射流泵的基本性能方程，并分析射流泵基本性能的影响因素；通过泵内能量守恒分析，研究泵内能量变化情况，并进行泵效的计算与分析，给出了射流泵运行的高效区。
关键词：射流泵;性能方程；能量损失；效率1. 前言射流泵是一种流体机械，它是以一种利用工作流体的射流来输送流体的设备。
根据工作流体介质和被输送流体介质的性质是液体还是气体，而分别称为喷射器、引射器、射流泵等不同名称，但其工作原理和结构式基本相同。
通常把工作液体和被抽送液体是同一种液体的设备称为射流泵。
本文则主要对液体射流泵2. 射流泵的基本结构2.1 基本结构射流泵主要有1.压力管路、2.喷嘴、3.吸入管路、4.喉管、5.扩散管、6.排出管等组成。
该泵整体结构简单，没有运动件，其结构如图1所示。
2.2工作原理 图1 射流泵基本结构示意图 工作液体从动力源沿压力管路1引入喷嘴2，在喷嘴出口处由于射流和空气之间的粘滞作用。
把喷嘴附近空气带走，使喷嘴附近形成真空，外界大气压力作用下，被抽送液体从吸入管路3被吸上来，并随同高速工作液体一同进入喉管4内，在喉管内两股液体发生动量交换，工作液体将一部分能量传递给被抽送液体。
这样，工作液体速度减慢，被抽送液体速度渐加快，到达喉管末端两股液体的速度渐趋一致，混合过程基本完成。
然后进入扩散管5，在扩散管内流速渐降低压力上升，最后从排出管6排出。
3. 射流泵的基本性能研究射流泵基本方程()m q f h =以无量纲参数扬程比h ，流量比q 和面积比m 来表征射流泵内的能量变化，以及各基本零件（喷嘴、喉管、扩散管和喉管进口）对性能的影响。
运用水力学基本原理，即对射流泵沿着液体流动方向分段应用动量方程、能量方程和连续性方程分五步导出射流泵基本方程。
1) 先对喉管进口a-a 断面与它的出口b-b 断面列出动量方程2ϕρ(q 1υ1a +q 2υ2a )- ρ(q 1+q 2)υb =[(p b +ρgz a )-(p a +ρgz a )]f b其中υ1a =n 11f q =υ1n , υ2a =a 22f q =n1b 2f f q -, υb =b 21f q q +。
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Abstract： Based on the linear instability theory， the dispersion equation of charged liquid jet was obtained． The charged liquid jet breakup length was measured by applying the highspeed photography technology to verify the theoretical results． The results of numerical calculation indicated that the growth rate of 0order and 1order surface wave grows with increasing of jet velocity and charged voltage． The maximum growth rate of 0order surface wave was bigger than that of 1order surface wave in the discussed range of jet velocity and charge voltage． The jet breakup length increased to maximum value and then decreased with increasing of jet velocity． Charge voltage always promoted the jet breakup and makes jet breakup length shorter． Higher liquid conductivity made jet breakup length longer． The experimental results showed that theoretical analysis gave a reasonable explanation to the influence of charge voltage， jet velocity and liquid conductivity on jet breakup length，but fails to be a good predictor of critical jet velocity corresponding to the maximum of jet breakup length． Key words： Charged jet Jet breakup length Charge voltage Jet velocity Conductivity
94
农
业
［5 ～ 6 ］
机
械
学
报
2013年
。 以实验研究为主， 雾化机理有待进一步探索 汪朝晖等分别建立了荷电射流色散方程并进行了数 分析了轴对称和非轴对称波形表面波的不 值计算， ［7 ～ 8 ］ 。Bian Xiaoyan 通过数值计算系统地分 稳定性 析了非荷电与荷电情况下环形射流的不稳定性 ， 分 ［9 ］ 析了射流破碎长度和液滴粒径的影响因素 。 本 文根据表面波线性不稳定性理论建立荷电液体射流 分析射流速度、 荷电电压 色散方程并进行数值计算， 及液体电导率对荷电液体射流破碎长度的影响 ， 采 用高速摄影技术观察测量荷电射流破碎形态及射流 破碎长度， 对理论分析结果进行验证。
Theory and Experiment on Jet Breakup Length of Charged Liquid
Wang Xiaoying Wang Junfeng Zhi Liangze
（ School of Energy and Power Engineering，Jiangsu University，Zhenjiang 212013 ，China）
1231 修回日期： 20120411 收稿日期： 2011* 国家自然科学基金资助项目 （ 51006047 ） 、 江苏省自然科学基金资助项目 （ BK2009705 ） 和江苏大学高级人才科研启动基金资助项目 （ 09JDG068 ） Email： flair619@ ujs． edu． cn 作者简介： 王晓英， 讲师， 博士， 主要从事荷电两相流理论及应用研究 ，
2013年2月 doi： 10． 6041 / j． issn． 10001298． 2013． 02． 018
农 业 机 械 பைடு நூலகம் 报
第 44 卷 第 2 期
荷电液体射流破碎长度理论与实验
王晓英 王军锋 支良泽
（ 江苏大学能源与动力工程学院 ，镇江 212013 ）
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摘要： 基于表面波线性不稳定性理论建立了荷电液体射流色散方程并进行数值计算 ， 应用高速摄影技术测量荷电 液体射流破碎长度， 对理论分析结果进行实验验证 。在讨论的射流速度、 荷电电压范围内， 随着射流速度或荷电电 0 阶、 1 阶表面波最大增长率不断提高 ， 压的增加， 但 0 阶表面波最大增长率始终大于 1 阶表面波， 主导射流破碎过 程； 提高射流速度， 射流破碎长度先增加至一个极值之后逐渐减小 ， 荷电电压总是促进射流破碎 ， 减小射流破碎长 度； 提高液体电导率， 射流破碎长度增大。实验结果表明， 线性不稳定性理论能很好地解释射流速度 、 荷电电压和 液体电导率对射流破碎长度的影响 ， 但在预测射流破碎长度极值对应的临界射流速度时存在一定的偏差 。 关键词： 荷电射流 中图分类号： O358 射流破碎长度 荷电电压 射流速度 电导率 文献标识码： A 1298 （ 2013 ） 02009304 文章编号： 1000-
引言
液体射流雾化技术在农药喷洒、 卫生防疫等领 域中已广泛应用， 但由于其影响因素很多， 液体射流 雾化破碎机理至今尚不清楚。 近年来， 一些研究者 通过数值模拟和实验方法发现， 气液两相间的相互 作用使射流表面形成了轴对称或非轴对称的表面
波， 其中有些波长的表面波是不稳定的 ， 随着时间或 空间的发展而发展， 最终导致液体射流破碎并形成 一定尺度的液滴， 喷嘴出口到射流破碎点的距离称 ［1 ～ 2 ］ 。万云霞等对非荷电射流破 之为射流破碎长度 碎过程进行了实验研究， 分析了射流速度对射流破 ［3 ～ 4 ］ 。荷电液体射流雾化由于电 碎长度的作用规律 场的参与， 其影响因素更加复杂， 目前其雾化特性仍