魏衍举,邓胜才,张洁,张亚杰,杨亚晶,刘圣华,杨朝辉

(1.西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安;2.西安交通大学航天航空学院,710049,西安;3.西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室,710049,西安;4.西安航天动力研究所,710000,西安)

对于常见的液体燃料动力设备如内燃机、燃气轮机、航空发动机、液体火箭发动机等,燃料液滴的燃烧在其运行过程中扮演着至关重要的角色,它决定着动力设备的动力性、经济性、污染物排放水平等。液滴燃烧本身是一个复杂的湍流两相流燃烧问题,如今已经成为限制许多动力设备性能提升的关键问题。对液滴燃烧进行深入研究及其机理分析,对提高燃料燃烧效率和生产力具有重要意义。

液滴燃烧的研究开始于20世纪50年代,其中最为著名的是Godsave[1]和Spalding[2]基于球对称、常物性假设,针对单个液滴在静止环境下的蒸发燃烧过程所提出的D2模型,即液滴直径的平方随着时间延长而线性减小。截至目前,针对液滴燃烧的研究不断深入,模型与数值计算研究逐步考虑了复杂的液滴内部流动和更多的环境因素。随着复杂程度的逐步增加,液滴燃烧模型经历了Law的无限热导率模型[3]、一维球对称模型[4-5]、二维球对称模型[6-7],再到如今的轴对称模型[8]。实验研究主要针对液滴的燃烧特性,运用挂滴法[9-14]、飞滴法[15-16]或悬浮法[17-21]等方式,探究液滴的滞燃时间、液滴寿命、微爆倾向、碳烟生成等特性。在实际的燃烧室中,燃料液滴处在复杂的燃烧环境中,受到诸多环境参数的影响,其中非常重要的一项是液滴与环境气流间存在相对速度。……