摘要：采用体积分数(VOF)方法开展旋流式喷嘴内部流场分析,并设计了仿真和试验方案,对额定压差40.8 kPa、额定质量流量11.38 kg/s、边缘喷雾角80°的某核电厂稳压器喷嘴进行了结构优化设计。结果表明:旋流式喷嘴内流场呈漩涡运动特性,旋水芯结构对喷嘴内压力和速度场具有决定作用;槽深是导致空心锥形喷雾的最关键因素,适当增加槽数、槽深和螺旋升角可优化喷雾角和雾化颗粒度,必要时增加补充流道可显著改善喷雾均匀性;喷嘴的流量和压差特性符合伯努利方程,试验结果与数值模拟结果吻合;采用数值方法进行喷雾特性精细化设计,可节省旋流式喷嘴试制阶段的试验迭代,为各种工业运用场合同类喷嘴设计提供思路。

摘要：旋流式喷嘴是航空发动机进油系统和实现燃油雾化的重要部件。为了探究一种旋流式喷嘴的雾化角度,文章介绍了一种旋流式喷嘴的结构特点和工作原理,运用VOF两相流方法与Realizable k-ε模型模对喷嘴的内外部流场进行数值模拟。结果显示:数值仿真可以较好的模拟喷嘴的雾化特性,随着供油压力增大,喷嘴出口流量和速度均增大,燃油喷射速度沿轴线中心对称分布,在靠近中心轴线处有锥形空气回流,空气回流速度随供油压力的增大而增大。8种不同压力下的结果表明,雾化角度随进出口压差的增加而增大,供油压力0.3MPa时的雾化锥角为70.2°,是满足喷嘴工况条件的适宜供油压力。

摘要：影响旋流式喷嘴雾化效果的结构因素主要有旋流器沟槽数目、沟槽升角和喷嘴出口段长度,首先采用VOF模型对喷嘴内部流场进行三维两相流数值模拟,并结合试验结果验证了VOF方法的有效性。随后利用该方法得到了在不同结构参数条件下的喷嘴内部流场的仿真结果及喷嘴喷雾角的仿真值,研究了各种结构因素对喷嘴雾化效果产生的影响。仿真结果表明:旋流器沟槽的不对称分布会对喷嘴雾化效果造成很大影响,旋流沟槽升角和出口段长度对喷嘴雾化效果有利有弊,设计时需要综合考虑。

摘要：旋流内芯是压力旋流式喷嘴最主要的旋流发生构件,其几何特征直接影响压力旋流式喷嘴的喷雾特性.目前采用平滑型加速段的旋流内芯导流效率较低.为减小高流量条件下的能量损失,使喷嘴旋流内芯加速段对喷雾介质产生预旋效应,增强旋流强度,本文设计喷嘴旋流内芯加速段为阶梯型,其下段阶梯相对上段阶梯旋转15°,旋向与喷嘴旋流槽方向相同.利用粒子动态分析仪(particle dynamics analysis system,PDA)和高速摄影(charge coupled device,CCD)系统实验研究了加速段结构改进前后喷嘴的喷雾流量、雾场索特尔平均直径(Sauter mean diameter,SMD)、雾滴速度以及喷雾锥角,并分析了SMD、雾滴速度的轴向和径向分布特性.结果表明,背压差0.08~0.46 MPa范围内,阶梯型加速段对喷雾介质具有较好的预旋效果.喷嘴的流量提高了48.0%~51.8%;喷雾的轴向速度提升了31.4%~32.8%,径向速度提升了1.6%~16.8%;喷雾锥角减小了4.21°~6.57°;较高背压差下喷雾下游的SMD减小了9.8%.与平滑型加速段相比,阶梯型加速段的设计有效地提高了喷嘴的雾化质量.