毫米级低速圆管自由射流的空中形态分析

摘要

自由射流是各类机械设备和管路设施中的常见现象，对毫米级圆管低速射流空中形态的研究，可以为射流距离、水流入水姿态和相应消能及噪声的分析提供依据。为探索毫米级圆管低速射流空中形态，分别以4,5,6 mm圆管射流为对象，研究不同低速、圆管直径对射流连续及破碎的影响。采用高速摄像机捕捉射流碎破点和破碎水滴变化，测量并分析流速、连续长度和破碎水滴直径的特征以及与无量纲雷诺数Re和韦伯数We的关系。结果表明：在管径相同时，射流连续长度随出口流速的增大而增长；随着管径变大，连续长度增加的幅度变小；在流速相同时，连续长度随着喷嘴内径增大而减小。射流连续长度随雷诺数Re、韦伯数We的增大而减小，在We=3 000～3 500附近由曲线关系变为直线关系，拟合出射流连续长度与We的关系式。具体描述破碎水滴的聚合过程，分析破碎后的主水滴与卫星水滴的大小、聚合方式及振动特点，其中，水滴大小与喷嘴内径存在线性关系，均随着喷嘴内径的增加而增大，卫星水滴的大小基本符合Rayleigh线性不稳定理论预测产生液滴尺寸，不同的聚合方式会导致射流掺气量的不同，为不同条件下的水流入水姿态及相应消能与降噪提供参考，并得到水滴平均振动周期为25.67 ms。

关键词

自由射流 / 低速射流 / 连续长度 / 破碎水滴 / 无量纲数

基金资助

国家自然科学基金项目（41602247）