叼D雾火焰中液滴尺寸的测量及研究喷.pdfVIP

／一、第l4卷第4期 工 程 热 物 理 学 报 f l993年11月 JOURNALOFENGINEERINGTHERMOPHYSICS 。—— 两丽 VoN10．v14．，．N1o99．34 叼 D喷雾火焰中液滴尺寸的测量及研究 李荫堂 张永照 许晋源 — (西安交通大学能源系) T．rKK’2’ ．．二z 一 、 引 言 为了从理论上计算预报喷雾火焰中的液滴尺寸 ，研究者们提出许多描述喷雾中液滴 的蒸发、着火和燃烧的模型．这些模型大致可分两类：一类是修正后的经典模型，以单个油 l 滴为分析对象 ，其蒸发模型是液滴尺寸的减小遵从直径平方规律 ；另一类是以液滴群为对 象 ，考虑液滴之间的相互作用，从而列出一系列数理方程． 在实际测量方面，已有不少人使用 Malvern粒子仪、LDA光学系统及 PDPA测量无 燃烧喷雾液滴尺寸．但测量火焰中液滴尺寸的报导尚不多．ChigierN．和MaoC．等人用 LDA 测量了喷雾火炬 中的液滴颗粒 ’，测量限于低发光度火焰区．KawazoeH 等也用 LDA测量了轻油火焰中液体雾粒的尺寸 】，对火焰带来的误差进行了粗略估计． 本文提出了一个喷雾火炬发光火焰中的液滴蒸发模型，并提出一种新的信号处理方 I 法，用Malvern仪测量了喷雾火炬 中的液滴尺寸．对喷雾火炬的描述使用了三区模型 ，即 { 核心区、浓雾区和稀雾燃烧区．对液滴从蒸发到消失的过程，在经典模型的基础上 ，考虑速 度场对流传输作用对液滴蒸发的影响，提出了液滴蒸发模型．测量了火炬中液滴尺寸 ，为 研究喷雾火炬提供了理论和试验资料． 二、蒸发模型 有许多液滴群的蒸发燃烧模型。其中，BellanJ+等的模型比较完整 ，他们全面考虑 了液滴之问的相互作用及其对传热传质的影响．然而完整的模型必然繁复． 本文模型的喷雾火炬如下．考虑火炬开 向大气，故火焰结构主要依赖于喷出雾粒的韧 始尺寸和初始速度分布．绝大部分 区域为发光火焰、着火区之前，燃料 已全部雾化，该区空 间液滴密度大 ，滴间距离为1—2 的数量级．围绕中心 的环形区域，大粒子多；中心小粒 子多．开始着火处空气 尚充足，故火焰锋面发光度低．火炬 中段 ，液滴蒸发渐快 ；火焰发光 度渐高；直至顶部稍有黑烟．在火炬的每一水平截面上 ，存在一个粒度分布，用 SMD平均 径代表 ． 假设：1)整个喷雾中液滴的空间分布是稳态的，形成一个 “绝对静止”的液滴炬 ，气体 以相对速度穿过 “静止”颗粒群 向上流动 2)渍滴空间密度 由下而上逐渐变稀，在各水平 截面上均匀分布 ；3)液滴为球形 ，滴 内温度均一 ，周 围为温度边界层；4)液滴之间的作用 本文于1992年11月在北京召开的中国工程热物理学会燃烧学学术会议上宣读． 458 工 程 热 物 理 学 报 14卷 通过边界层的影响予 考虑；5)大气电燃烧’忽略压力场影响． 某一液滴颗粒中心为坐标腻 ，在任意半径 r处 ，能量方程为 4z(r+ dr)a(dT ／dr)，+ r一 4*era(d7 ／dr)，dr+ dm (i