喷雾中液滴碰撞的数值模拟及实验对比.pdf

中国工程热物理学会 多相流 第十一届年会 编号：056024 喷雾中液滴碰撞的数值模拟及实验对比 单彦广杨茉李凌 (』：海理工大学动力丁程学院200093) Tel：021E—mail：y．shan@utoronto，ca 摘要：本文将液体喷雾中的液滴碰撞模型应用到热等离子体喷雾过程中．模拟了5kw射频感应热等 离子体内喷雾过程中液滴的碰撞结果， 并与液滴尺寸比率为1,0，1,3和2,0的殳验结果以及分析结 果做了对比，对比结果吻合良好。 ： 关键词：液滴碰撞．液雾热等离F体 1引言 液滴碰撞是液体雾化过程中影响液雾最终液滴尺寸分布以及液滴速度分布的重 要冈素[1]。模拟液滴碰撞对研究雨滴形成，优化喷雾燃烧过程以及一些利料合成过程 具有重要的理论价值。实验研究表明，当两个液滴间相埘速度不太火的情况F，液滴 (grazing)[2]。本文根据相应的判断准则建立了预测液滴碰撞结果的模型，对热等离 子体喷雾过程中液滴碰撞的结果进行了预测，并与实验结果做了对比。 2液相控制方程 对液体喷雾而言，液相变量主要有液滴尺寸，位置，温度和速度。定义液滴数密 度概率分布函数为，=，(王，可，k，乃，t)，则液相控制方程可由卜式给出 等+v。慨)=厶。 ， (1) 其I{{p克Ⅳ为液滴碰撞源项，t代表i，i，ra，乃，磅代表I，爿，o，乃的变化速率，分别 用i F，R，和疋表示．其表达式可参阅文献[4]。 3液滴碰撞模型 为了简化计算，本文只考虑二个液滴的碰撞，且在计算时只考虑两个液滴同时处 于同计算网格内的情况。液滴碰撞的结果可以由韦伯数Wedt液滴尺寸比率州及无 最纲碰撞参数B等--+无最纲参数确定： 一十^ ％=呜挚元=糟 ^ 产≠“_≤吒’ (3) 日 =熹 (4) 其中pd为液体密度，口(乃)为表面张力，il，rj，乃．和畦r2乃，分别代表两个液 滴中较小和较大的液滴的速度半径和温度。b为液滴碰撞参数，等于两个液滴中心的 距离在垂盲于两液滴相对速度矢晕方向的投影。 为了确定液滴碰撞的结果是聚合还是弹开．需要定义I临界碰撞参数，这‘临界碰 撞参数nf下式确定[3]： 砝=(_+吃)2E。。。，， (5) 其中，E。“为液滴碰撞的聚合效率．既当发生1次碰撞时两个液滴可能发生聚台的概 率。E。，的值通过能量分析来确定。即当两个液滴碰撞后的转动动能大于形成这两个 液滴所需要的表面能时，碰撞后的液滴将重新分开[2】。据此可以得到 五：min(1．0．刿)， 伯’(6) ～’ 五coal一一谎≯卜 其中喜(y)可用如下多项式近似表示： 善(y)=y (7) 3—2．4y2+2．7y。 在确定了临界碰撞参数后，就可以通过比较实际碰撞参数和临界碰撞参数的大小 来模拟液滴碰撞的结果。mT二大量液滴相互碰撞过程具有高度的随机性，因此计算两 个液滴实际碰撞参数时，假定碰撞参数是随机分布在(^+‘)这个范嘲内的，即 b=√汀(1+吃)