近日，中科院力學所團隊通過數值模擬方法研究了液體燃料對撞霧化的物理過程，揭示了高韋伯數下碰撞偏心效應誘導的液膜失穩機制、霧化粒徑、液滴空間分佈的變化規律。
射流對撞霧化是火箭發動機、內燃機等動力系統中燃料噴注霧化的重要管道，燃料霧化質量與空間分佈直接决定著發動機燃燒效率、燃燒穩定性以及污染物排放等重要名額，是發動機燃燒研究的重要基礎和科學前沿。然而，在實際對撞霧化噴嘴的加工、製造與裝配過程中，很難避免出現對撞偏心的情况，囙此分清射流對撞中的偏心效應影響，繼而基於碰撞偏心實現射流霧化的主動控制成為獨闢蹊徑的創新理念。研究團隊對射流對撞霧化噴嘴建立了計算模型，基於自我調整網格加密的VOF方法，通過精細捕捉兩相介面，完整呈現了偏心射流對撞霧化的演化過程（圖1）。研究結果表明隨著偏心因數的增大，霧化液滴的粒徑呈現先减小後增大的變化趨勢（圖2），同時在中等偏心程度下可以獲得更好的液滴空間分佈均勻性（圖3）。相關結論揭示了對撞射流液膜在慣性力、液體表面張力以及偏心引起的剪切力三者非線性競爭下出現的破碎模式變化機制，為偏心射流霧化的主動控制提供了理論基礎，也為發動機噴嘴設計與制造的可靠性評估提供了必要支撐。
相關成果以“Atomization of misaligned impinging liquid jets”為題發表在流體力學一類重要期刊Physics of Fluids（2021，33（9）:093311），被期刊評選為Featured Editor’s Pick文章，並由美國物理學會旗下AIP SciLight雜誌進行了專題報導。論文第一作者為力學所-北京理工大學聯合培養博士生張宸瑋，力學所吳坤副研究員為論文通訊作者，論文合作者來自北京理工大學、上海交通大學。研究工作得到國家自然科學基金（Grant No.12072194和51806013）資助。
論文連結：https://aip.scitation.org/doi/10.1063/10.0006302
圖1.不同偏心程度下射流對撞霧化的動態演化過程及液膜表面壓力分佈
圖2.不同偏心程度下霧化液滴SMD及液滴數目
圖3.不同偏心程度下對撞射流的空間分佈均勻性統計
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