【摘 要】
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本文建立环状液膜瑞利-泰勒波(R-T波)喷射进入可压缩θ-z向复合气流中的物理模型,利用气液两相连续性方程和纳维-斯托克斯控制方程组、运动学边界条件、附加边界条件和动力学边界条件,得到量纲一色散准则关系式及稳定极限。使用MATLAB编写程序进行数值计算,得到不同参数的表面波增长率随波数kθ变化的关系,最后对环状液膜R-T波进行线性稳定性分析。同时完成了环状液膜R-T波喷射进入可压缩r-θ-z向复合
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本文建立环状液膜瑞利-泰勒波(R-T波)喷射进入可压缩θ-z向复合气流中的物理模型,利用气液两相连续性方程和纳维-斯托克斯控制方程组、运动学边界条件、附加边界条件和动力学边界条件,得到量纲一色散准则关系式及稳定极限。使用MATLAB编写程序进行数值计算,得到不同参数的表面波增长率随波数kθ变化的关系,最后对环状液膜R-T波进行线性稳定性分析。同时完成了环状液膜R-T波喷射进入可压缩r-θ-z向复合气流中的理论推导部分,得到量纲一色散准则关系式及稳定极限。根据推导得到的色散关系式可知:当泰勒波(T波)不存在时,瑞利波(R波)依然存在;当R波不存在时,T波也就不复存在。通过线性稳定性分析可知:(1)对于可压缩气流下R-T波,正对称波形的表面波增长率普遍要大于反对称波形的。(2)通常情况下,R波的表面波增长率ωr随波数kz的增大先增大后减小,存在支配表面波增长率ωr-dom及对应的支配波数kz-dom。对于T波,表面波增长率ωr随波数kθ的增大而持续减小,直至为零。T波的支配表面波增长率ωr-dom位于kθ=0处,说明在仅有R波,而没有T波的情况下,表面波最不稳定。证明R波是主波,在射流团块碎裂过程中起主导作用,而T波与R波一起对射流表面析出离散状的微小卫星液滴的形成起重要作用。当T波曲线先增后减时,T波的支配表面波增长率ω-dom位于kθ>0处,说明在既有R波,又有T波的情况下,T波与R波一起对环状液膜团块的碎裂以及卫星液滴的形成构成影响。(3)在仅有顺向气流,没有旋转气流情况下,当马赫数较小时,R波是主波;当马赫数较大时,R波就不再是主波,T波将与R波一起对液体团块的碎裂以及卫星液滴的形成构成影响。在没有顺向气流情况下,当旋转气液流速比较小或者旋转气流马赫数较小时,R波是主波;当两者较大时,T波的影响开始显现,T波转而成为主波;在复合气流情况下,T波的影响将在较小气液流速比或较小气流马赫数下提前开始显现,R波与T波的主波转换将会提前。(4)当顺向或旋转气液流速比较小时,组织外环单侧气体流动最有利于环状液膜碎裂;反之,组织内外环双侧气体流动最有利于环状液膜碎裂。(5)增大气液密度比ρ将促进环状液膜的碎裂。(6)当Wel较小时,表面张力的虹吸效应是影响液膜碎裂的主要因素,环状液膜随表面张力的增大而越容易碎裂,空气动力作用很小,而液体粘性是液膜的稳定性因素;当Wel较大时,空气动力作用随Wel的增加而逐渐显现,促进环状液膜的碎裂,而表面张力转而起稳定液膜的作用。(7)内外环刚性涡流强度Γj和势涡流强度χj的增大,都将促进环状液膜的碎裂。
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