幂律流体射流破碎机理的研究

幂律流体是一种重要的非牛顿流体，对幂律流体破碎机理的研究既是一个理论上具有普适意义的科学问题，又是一个具有广泛应用的技术问题。但目前对幂律流体射流破碎还有许多基本的问题尚不清楚。本项目拟综合基于不稳定性的理论分析技术、基于格子玻尔兹曼模型的数值仿真技术和基于光学测试的实验测试技术，深入研究幂律流体射流破碎这一复杂物理现象，理解和掌握幂律流体射流破碎的机理，并获得各种影响因素，包括射流参数、结构参数、环境参数、流变参数等对液体射流不稳定性特征，如最大扰动增长率特征、最不稳定波数特征、破碎模式特征等微观特征和破碎长度、破碎尺度等宏观特征的影响规律。在此基础上，获得更为符合实际、具有更高精度和适应性的幂律流体射流破碎预测模型，对各种条件下射流破碎的过程及特征进行有效的预测，从而实现对射流更为有效的控制。这对于以幂律流体作为燃料的发动机燃烧系统的改进和优化尤其具有十分重要的意义。

幂律流体是一种非常重要的非牛顿流体，对幂律流体破碎机理的研究既是一个具有普适意义的科学问题，也是一个具有广泛应用背景的技术问题。由于幂律流体的多样性和复杂性，目前对于幂律流体射流破碎还有很多基本问题尚不清楚。本项目对这一现象进行了理论、仿真和实验研究，以揭示射流破碎的机理和特征。. 基于线性不稳定性理论，建立了幂律流体射流的破碎模型，考虑幂律流体特殊的本构关系，获得了表征射流不稳定性的色散方程，得到了不稳定表面波的增长率随波数的变化关系。对色散方程进行了数值求解，获得了各种参数对于射流不稳定性特征的影响规律，揭示了幂律流体射流破碎的机理。在此基础上，根据不稳定性理论，建立了幂律流体射流特征的预测模型，实现了对于射流破碎的破碎长度和破碎尺度的预测。. 在此基础上，采用基于VOF界面捕捉方法的CFD仿真技术，建立了幂律流体管内流动模型和射流破碎模型，研究了各种射流条件对幂律流体射流破碎的形貌特征、发展规律和破碎特征的影响，证明了射流破碎不稳定性理论的研究结果。同时，建立和完善了凝胶液滴蒸发模型，得到了各种参数对凝胶单液滴蒸发的影响规律。.设计搭建了由液体输运与喷射系统、环境参数控制系统、形貌特征测量系统和粒径测量系统组成的幂律流体射流破碎实验系统，采用高速摄像技术研究了幂律流体射流破碎的发展过程、形貌特征，定义并提取了相应的形貌特征参数，研究射流条件对射流破碎形貌特征参数的影响规律。采用相位多普勒技术研究了幂律流体圆柱射流及旋流射流在喷嘴下游破碎形成的液滴粒径与液滴速度的大小和分布规律，证明了理论和仿真研究所得到的结论的正确性。. 完成了项目所规定的研究内容、技术指标及成果指标。完成学术论文13篇，其中SCI期刊论文4篇，高水平会议论文4篇，EI收录论文5篇，已申请国家发明专利1项。参加国际国内会议5次，邀请国外学者来校6人次。培养博士4人，毕业2人；培养硕士生8人，毕业7人。