氣液射流和液體薄膜中流動(dòng)穩(wěn)定性的若干問題.pdf

1、流體界面的穩(wěn)定性研究一直以來都是流體研究領(lǐng)域的一個(gè)重點(diǎn)，很多問題都離不開對(duì)界面穩(wěn)定性的研究，如內(nèi)燃機(jī)中燃油的噴射霧化、打印機(jī)噴墨、工業(yè)冶金中的噴射成形等等都涉及到射流的界面穩(wěn)定性問題。本文結(jié)合冶金工業(yè)中的噴射成形技術(shù)，研究其中的關(guān)鍵工序噴射霧化的機(jī)理，用流動(dòng)穩(wěn)定性理論來研究射流界面的發(fā)展，研究影響穩(wěn)定性的參數(shù)，以期指導(dǎo)噴射成形工藝的設(shè)計(jì)和控制。 本論文以湯曉東和王艷霞等人的工作為基礎(chǔ)，運(yùn)用線性穩(wěn)定性理論，采用Chebyshev配

2、點(diǎn)法和Floquet理論，研究了含速度脈動(dòng)的大密度比粘性氣液同軸射流的穩(wěn)定性。本論文的主要工作內(nèi)容包括以下幾部分： 1)建立數(shù)學(xué)模型和擾動(dòng)方程的推導(dǎo)。 考慮同軸氣液分層射流，內(nèi)部為柱狀粘性金屬液體射流，外圍環(huán)繞無窮域的同軸粘性氣體射流，氣流含有速度脈動(dòng)。流動(dòng)滿足軸對(duì)稱不可壓縮Navier-Stokes方程?；诰€性穩(wěn)定性理論，在基本流是軸對(duì)稱流動(dòng)的假設(shè)下，利用正則模態(tài)方法，推導(dǎo)出了以流函數(shù)為變量的軸對(duì)稱小擾動(dòng)方程。

3、 2)含周期脈動(dòng)的軸對(duì)稱射流基本流的求解。 盡管我們可以采用Bessel函數(shù)得到含速度脈動(dòng)的周期基本流的解析解，但在實(shí)際計(jì)算中，當(dāng)Bessel函數(shù)的宗量很大或很小的時(shí)候，按解析公式計(jì)算出的基本流的準(zhǔn)確性無法保證，造成大密度比情況下的穩(wěn)定性分析計(jì)算十分困難。本文采用了Chebyshev多項(xiàng)式方法得到了非定常基本流的數(shù)值解，克服了以上困難。為了提高計(jì)算的效率和精度，運(yùn)用了非線性坐標(biāo)變換將物理空間轉(zhuǎn)換到計(jì)算空間。 3)計(jì)算結(jié)

4、果分析。 本文研究了不同物理參數(shù)對(duì)射流穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明速度脈動(dòng)幅值能夠較大程度影響射流的穩(wěn)定性，較大的速度脈動(dòng)幅值能夠使射流更加不穩(wěn)定；流體粘性能抑制由振動(dòng)引起的不穩(wěn)定性，隨著流體粘性的增大，由振動(dòng)引起的不穩(wěn)定區(qū)逐漸縮小甚至消失；流體的表面張力對(duì)由周期脈動(dòng)引起的、對(duì)應(yīng)波數(shù)較大的不穩(wěn)定區(qū)沒有實(shí)質(zhì)上的影響，但是對(duì)剪切引起的不穩(wěn)定區(qū)影響較大；速度脈動(dòng)頻率不僅影響由振動(dòng)引起的不穩(wěn)定區(qū)，也影響由剪切引起的不穩(wěn)定區(qū)；氣液剪切作用的增強(qiáng)