（机械电子工程专业论文）油雾颗粒喷射碰壁及油膜形成研究.pdf

at h e s i si nm e c h a n i c a la n de l e c t r o n i ce n g i n e e r i n g r e s e a r c ho fo i lm i s tp a r t i c l e ss p r a y i n g co l l i s i o nw i t hw a l la n do i lf i l m f o r m i n g b ym az i s h e n g s u p e r v i s o r ：v i c ep r o f e s s o rc h e nj a n w e n n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y j u n e2 0 0 9 323 叫- j ，- 蚺 l - 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取 得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰 写过的研究成果，也不包括本人为获得其它学位而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示谢意。 学位论文作者签名：芗苫遗 日期：沙刀夕夕严 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位 论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师同意网上交流，请在下方签名；否则视为不同意。) 学位论文作者签名：弓寻电 签字日期： 7 oo 7 、7 7 导师签 签字日 ， 、 量 一 j 东北大学硕士学位论文 摘要 油雾颗粒喷射碰壁及油膜形成研究 摘要 油雾润滑技术是近几十年才发展起来的一种新型高效能的集中润滑方式。油雾 润滑系统在大型、高速、重载的滚动轴承中应用较为普遍。因此，对油雾润滑的研究 就越来越引起人们的重视。由于油雾润滑系统中喷射到润滑点的油雾有许多会散发 到大气中去，这样即危害到人体健康也浪费能源，那么怎样能减少这些危害和损失 呢? 本文就是通过对喷雾碰壁的研究，使油雾润滑系统喷射出的油雾颗粒尽可能多 的附着在润滑点，而不是排到大气中去。 本文借鉴了单液滴垂直和倾斜碰壁的理论，通过对这些碰壁理论的研究找到了 影响油雾喷射碰壁的主要影响因素，然后对这些影响因素进行研究。由喷雾碰壁理 论可知，影响油雾喷射碰壁的主要因素有油雾喷射速度，油雾颗粒粒径大小，壁面 温度，壁面粗糙度，壁面倾角及油雾喷射距离等。在本论文中，主要以计算流体力 学软件f l u e n t 前处理软件g a m b i t 对流体域进行几何实体建模并划分网格，然后 导入f l u e n t 进行数值模拟。这里主要模拟了改变影响喷雾碰壁因素后油膜厚度分 布和油膜比率，并对这些模拟结果进行分析和总结。模拟结果表明，在喷雾距离为 5 0 m m 时，油雾喷射速度在8 0 m s 时的油膜厚度和油膜比率较大；在速度为8 0 m s 时，粒径在3 - - 7 岬之间时，油膜厚度和油膜比率也都较大；粗糙度增加会加大油雾 颗粒飞溅；倾角增大，油膜厚度较小，飞溅较大；喷雾距离加大时，油雾颗粒飞溅 很大。 关键词：油雾；喷雾碰壁；壁面油膜；c f d ；f l u e n t ；数值模拟 i i 辱 毒 ， 0 ， l 幺 东北大学硕士学位论文a b s t r a c t r e s e a r c ho fo i lm i s tpa r t i c l e ss p r a y i n gc o l l i s i o n w i t hw a l la n d0i lf i l mf o r m i n g a bs t r a c t o i lm i s tl u b r i c a t i o nt e c h n o l o g yi san e wk i n do fh i g h l yc o n c e n t r a t e dl u b r i c a t i o n m e t h o di nr e c e n td e c a d e s o i lm i s tl u b r i c a t i o ns y s t e mi sw i d e l yu s e di nl a r g e ，h i g h s p e e d ， o v e r l o a d e dr o l l i n gb e a r i n g s t h e r e f o r e ，t h er e s e a r c ho fo i lm i s tl u b r i c a t i o ni sa t t r a c t i n g m o r ea t t e n t i o n b e c a u s eo i lm i s tw i l lb es p r e a dt ot h ea t m o s p h e r ea f t e rb e i n ga t o m i z e d ，i t n o to n l yw a s t e se n e r g yb u ti sh a r m f u lt oh u m a nh e a l t h h o wt or e d u c et h eh a r ma n dl o s s ? t h i sd i s s e r t a t i o n ，b a s i n go nt h es t u d yo fs p r a yc o l l i s i o nw i t hw a l l ，a i m st oh a v eo i lm i s t p a r t i c l e sa t t a c h e d o n t ot h el u b r i c a t i o np o i n ta sm u c ha sp o s s i b l ef o rp r e v e n t i n gi t s s p r a y i n gt ot h ea t m o s p h e r e t h i sp a p e r , r e l y i n go nt h et h e o r yo ft h ev e r t i c a ld r o p l e tc o l l i s i o na n dt h e o r yo ft i l t w a l lc o l l s i o n ，f i g u r e so u ta n ds t u d i e st h em a i ni n f l u e n c ef a c t o r st h a ta f f e c tc o l l i s i o n b e t w e e no i lm i s ts p r a y i n ga n dw a l l t h em a i nf a c t o r so fa f f e c t i n gt h eo i lm i s ts p r a y i n g w a l li n c l u d eo i lm i s ts p r a y i n gs p e e d ，s i z eo fo i lm i s tp a r t i c l e ，s u r f a c er o u g h n e s s ，s u r f a c e t e m p e r a t u r e ，w a l la n g l ea n do i l m i s t s p r a y i n gd i s t a n c e ，e t c i nt h i sd i s s e r t a t i o n ， g e o m e t r i c a le n t i t ym o d e l i n ga n dg r i da r ee s t a b l i s h e di ng a m b i ta n dt h e nt h es i m u l a t i o n i sc o m p l e t e di nf l u e n t h e r et h ed i s t r i b u t i o no fo i lf i l mt h i c k n e s sa n dt h er a t i oo fo i l f i l ma r ef o c u s e do ni nt h es i m u l a t i o n ，a n dt h e nt h es i m u l a t i o nr e s u l t sa r ea n a l y z e da n d s u m m a r i z e d t h es i m u l a t i o nr e s u l ts h o w st h a tw h i l ei n s p e e do f8 0 m s a n da tt h e d i s t a n c e so f5 0 m m ，o i lf i l mt h i c k n e s sa n do i lf i l mr a t i oa r el a r g e w h e ns p e e di s8 0 m s a n dt h ed i a m e t e ri s3 - 7g m ，f i l mt h i c k n e s sa n do i lf i l mr a t i oa r ea l s ol a r g e r o u g h n e s s i n c r e a s e sw i l li n c r e a s eo i lm i s t p a r t i c l e ss p l a s h w h e na n g l ei n c r e a s e s ，t h eo i lf i l m t h i c k n e s sd e c r e a s e sa n ds p l a s hi sr e l a t i v e l yl a r g e s p r a y i n gd i s t a n c ei n c r e a s e s ，s p l a s hi s l a r g e k e yw o r d s ：o i lm i s t ；s p r a y i n gc o l l i s i o nw i t hw a l l ；o i lf i l mo fw a l ls u r f a c e ；c f d ； f l u e n t ；n u m e r i c a ls i m u l a t i o n i i i 辅 2 东北大学硕士学位论文 目录 目录 独创性声明i 摘要i i 第1 章绪论1 1 1 课题的来源及背景l 1 2 国内外研究现状2 1 2 1 国外碰壁模型研究2 1 2 2 国内碰壁模型研究6 1 3 课题研究的目的和意义9 1 3 1 课题目的9 1 3 2 课题意义9 1 4 课题研究主要工作1 0 第2 章油雾碰壁模型研究1 l 2 1 喷雾碰壁理论研究1l 2 2 单液滴垂直碰壁数学模型1 2 2 2 1 模型建立1 2 2 2 2 单液滴垂直碰壁结果分析1 4 2 3 喷雾倾斜碰壁数学模型1 5 2 3 1 模型建立1 5 2 3 2 碰壁后液滴的运动分析17 2 3 3 油膜的形成及蒸发1 8 2 4 喷雾碰壁分析1 9 第3 章数值模拟理论及数学模型2 1 3 1 引言2 1 3 2 流体流动的控制方程2 1 3 2 1 连续相控制方程2 l 3 2 2 离散相控制方程一2 3 3 3 数值计算方法一2 5 3 3 1 离散方法2 6 3 3 2 有限体积求解方法2 7 3 4 连续相与离散相的耦合2 8 i v 东北大学硕士学位论文 目录 第4 章基于f l u e n t 喷雾碰壁的数值模拟3 1 4 1f l u e n t 软件简介3 2 4 1 1 程序结构3 2 4 1 2 可以求解的问题3 2 4 1 3 求解问题的步骤3 3 4 1 4 求解器3 3 4 1 5 求解方法选择3 3 4 2f l u e n t 模拟方法3 4 4 2 1 喷雾模型3 4 4 2 2 随机轨道模型3 4 4 2 3 轨道方程的积分3 6 4 。2 4 碰撞聚合和破碎模型3 7 4 2 5 动态曳力模型3 8 4 2 6 耦合计算3 9 4 2 7 壁面油膜模型4 0 4 3 三维数值模拟4 2 4 3 1g a m b i t 建模4 2 4 3 2 数值模拟结果4 4 第5 章结论与展望“3 5 1 结论6 3 5 2 展望6 3 参考文献6 5 致谢6 9 v ， _ 2 一。ior鼻k 东北大学硕士学位论文笫1 章绪论 1 1 课题的来源及背景 第1 章绪论 油雾润滑是近几十年才发展起来的一种新型高效能的集中润滑方式【l 。3 】。 润滑方式有很多种，包括干油润滑、稀油润滑、油气润滑和油雾润滑等，但无 论采用哪一种润滑方式，实际上考虑的都不仅仅只是起到润滑作用【4 】，例如，稀油 循环润滑就起着润滑、冷却和保护润滑表面等作用。在金属冶炼和采矿车间内，特 别在重载、高速、高温、粉尘等恶劣的工作环境里，冷却和保护工作表面就显得更 加重要了。在稀油循环润滑系统中，它需要的循环油量很大，而且体积庞大，需要 复杂的管道和体积很大的油箱，并且还需要过滤器、冷却器和净油机等辅助设备， 因此它是大型的润滑油站，大量润滑油的循环，会加速润滑油的失效从而导致润滑 系统润滑质量变差；并且，由于从密封件中泄漏的油液容易造成环境的污染。在气 压传动系统中，作为气源处理三联件( 包括气水分离器，减压阀和油雾器) 之一的 油雾器【5 】，通常是串联在系统的进气端，为整个气动系统的气动元件( 气缸等) 提 供颗粒度约为5 0 p m 的油雾颗粒来润滑气动元件的活动部件。随着我国工业技术的 迅速发展，这种普通的油雾润滑系统越来越不能满足现代化工业生产的要求，迫切 的需要一种先进的油雾润滑系统。 随着工业生产和技术的发展，对速度和产品的质量要求越来越高，而且要求简 化生产管理和降低产品的成本，这就引起人们对润滑技术的重视，从而促进润滑技 术的迅速发展。油雾润滑正是在这种条件下产生并且逐渐发展起来的。并且先进的 油雾润滑，如闭环油雾润滑系统，环境清洁型油雾润滑系统被研制出来【6 】。 油雾润滑适用于封闭的齿轮、涡轮、链条、滑板、导轨以及各种轴承的润滑。 轴承的油雾润滑通常使用的不多，主要是因为压缩空气中的油雾大部分要释放到空 气中去，对环境造成污染，但是在某些特定的情况下，却有其独到之处。油雾润滑 适用于广泛的工业范围内的各种类型的摩擦表面，特别在高速重载荷的轧辊轴承， 其润滑效果良好【_ 7 。9 1 。目前，在有色、冶金和石化行业中，油雾润滑装置在大型、高 速、重载的滚动轴承中应用较为普遍【l m l l 】。 油雾润滑的效果直接影响所润滑设备的使用寿命和可靠性。要得到良好的润滑 东北大学硕士学位论文 第1 章绪论 效果，就必须对油雾润滑系统做深入的了解。作为油雾润滑系统的主要元件之一的 凝缩嘴，它的凝缩性能直接影响到润滑效果。主要表现在从凝缩嘴出来的油雾速度 和粒径大小决定油雾颗粒是否黏附在润滑表面。本论文就是通过油雾颗粒与壁面的 碰撞问题来研究凝缩嘴喷出的油雾是否附着在润滑表面，产生良好的润滑性能。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外碰壁模型研究 ( 1 ) 关于喷雾碰壁的模型研究大多以单液滴撞壁理论为基础【i 引。早在1 9 6 6 年 通过研究水滴垂直撞击在高温平壁面上的现象，发现液滴撞壁后液滴的运动状态可 由无量纲参数韦伯数耽( 韦伯数定义为惯性力与表面张力之比，即w e = ( 眺蟊) 盯) 来判别，判断液滴碰壁后反弹和黏附临界w e 值为4 0 。后来又将此现象用著名的黏 附、反射、壁喷模型加以描述，如图1 1 所示【1 3 】。在黏附模型中，通常耽较小， 液滴附着壁面上，以液膜的形式在壁面上流动。在反弹模型中，反弹小液滴与入射 液滴具有相同的切向和法向速度分量，并被气流带走；当具有很高动能的液滴撞击 壁面时，液滴将沿壁面运动形成壁喷。在很大的撞壁倾角下，喷雾和壁面之间几乎 没有相互作用，液滴只是反弹离开壁面。这是一个简化的液滴碰壁模型，忽略了液 滴以高撞击能量碰壁时所产生的液滴喷散现象以及能量和动量损失，而这对于喷雾 扩散和蒸发有重要影响。针对上述模型存在的问题提出了修改模型，在反弹液滴中 填加一个法向速度分量，其值随机取入射液滴速度大小的0 3 4 ，得到的计算结果 与试验结果比较吻合。 藏k 黏附 反弹 壁喷 图1 1 单液滴碰壁类型 f i g 1 1t y p eo fs i n g l ed r o p l e tc o l l i s i o nw a l l ( 2 ) w a n g 和w a t k i n s 1 4 】把液滴碰壁结果按照入射液滴碰壁能量和碰壁后发展 形态来划分。按照液滴撞击壁面的能量把液滴碰壁分为两种结果：反弹和破碎，其碰 壁后结果判别标准的临界韦伯数值为w e = 8 0 ，此判别数值仅适用在壁面温度高于油 液沸点温度值的情况。 - 2 - 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 液滴撞壁后发展形态：当发生反弹时，液滴反弹角等于入射角，而反弹速度大 小由能量损失大小来决定；当液滴碰壁发生破碎现象时，液滴沿壁面做切向运动， 速度大小等于入射液滴的切向速度，液滴直径大小为入射液滴直径的t 1 5 。 ( 3 ) b a i 和g o s s m a n 将单液滴撞壁的类型分成7 种形式，如下图所示【1 2 , 1 5 】： 如z ：一黏咐 反弹铺展 沸腊产生破碎 图1 2b a i 划分的单液滴碰壁类型 f i g 1 2t y p eo fs i n g l ed r o p l e tc o l l i s i o nw a l lb yb a i ( i ) 黏附：液滴以近球状黏在壁上。 ( ii ) 反弹：液滴碰壁后反弹离开壁面。反弹可分为两种情况：干壁面情况， 壁面上产生的蒸汽层阻止液滴与壁面之间发生相互作用，直接将液滴弹离壁面，液 滴未接触到壁面；湿壁面情况，当液滴撞壁能量较低时，液滴和壁面油膜间的空气 层减少撞壁液滴的能量损失，从而产生反弹现象。 ( i i i ) 铺展：当液滴以适当的能量撞击壁面时，将会在壁面上铺展形成油膜， 如果壁面是湿壁情况，将会和已经存在的油膜结合在一起。 ( i v ) 沸腾产生破碎：液滴在热壁面上迅速蒸发，产生破碎。 ( v ) 反弹伴随破碎：液滴弹离壁面时破碎成2 - 3 个小液滴。 ( v i ) 破碎：碰壁液滴首先在热壁面上形成发散的油膜，然后油膜内部的不 稳定热应力使油膜随机破碎成小液滴。 ( v i i ) 飞溅：当液滴以很高的能量撞击壁面时，入射液滴将破碎成许多小液 滴向外飞溅。 逐步提高入射液滴的韦伯数值，将会依次发生黏附、反弹、铺展、飞溅4 种液 滴撞壁结果。判定各种情况发生的临界韦伯数时需要分干壁和湿壁2 种情况： ( i ) 干壁：附着( 黏附一铺展) 一飞溅，临界值w e = a l a m l 8 式中口一l a p l a c e 数，l a = p a d i 9 2 ；a 一系数，根据壁面粗糙度勘而定，一 些经典值如下表所示。 3 - ? 等 东北大学硕士学位论文 第1 章绪论 表1 1 系数彳的一些经典值 t a b l e1 1s o m ec l a s s i cv a l u eo fc o e f f i c i e n ta r w 肛l 彳 o 0 5 0 1 4 0 8 4 3 1 1 2 5 2 6 4 4 5 3 4 2 6 3 4 2 0 6 5 1 3 2 2 ( i i ) 湿壁：反弹一铺展一飞溅。 反弹一铺展：w e ，5 铺展一飞溅：w e 。，= 1 3 2 0 x l a 加1 8 ( 4 ) s t a n t o n 和r u t l a n d 1 6 】提出的碰壁模型假设在壁面上已经存在了一层很薄的 液膜，把液滴碰壁后结果分为黏附、反弹、铺展和飞溅4 种撞壁类型，将w e 作为判 别条件，从实验中得到的4 种碰壁类型的韦伯数值： 黏附：w e 5 反弹：5 w e 1 0 铺展：1 0 肌 1 8 0 2 吐f 卫1 2 y 卢 仃 式中，f = 表示液滴碰壁的频率，被当成2 次碰壁液滴的间隔，这是一种耦 口l 合多液滴碰壁的方法，v 为入射液滴法向速度。 ( 5 ) g a v a i s e s ，t h e o d o r a k a k o s 和b e r g e l e s 1 7 】将液滴撞壁模型分为反弹和黏附2 种类型，同样也是以w e 数值作为判断标准。这个碰壁模型假设液膜厚度不会影响反 弹液滴的速度和尺寸大小。比较特别的一点是他们提出的判别韦伯数并不是一个常 数，而是大于8 0 ，小于3 0 0 范围的韦伯数。 ( 6 ) s e n d a 和k a n d a 等【1 8 1 提出的碰壁模型将喷雾撞壁分为2 种情况：低能量 碰壁和高能量碰壁。用w e 数作为判别的标准： ( i ) 低能量碰壁情况：w e 3 0 0 。液滴撞壁后可能会出现黏附、铺展、飞 溅3 种情况。将黏附和铺展两种情况都当作沉积。由沉积( 黏附、铺展) 向飞溅转换 的临界韦伯数值为： w e = 2 1 6 4 + 7 6 5 0 d 2 ) l a m 2 ( 1 1 ) 了 式中，= 挚是反射液滴平均直径与入射液滴直径比，为无量纲数。高耽数 口l 液滴撞击附壁液膜，使液膜破碎，产生飞溅现象，因此要分成粗糙壁和光滑壁2 种 情况讨论。此模型提出3 种撞壁产生的破碎类型，如图1 3 所示： 束状破碎 o 5 l 霜茹曩窿矗雹z 蕊 柱状破碎 图1 3 破碎类型 f i g 1 3b r e a k a g et y p e s ( 7 ) m u n d o 、t r o p e a 和s o m m e r f e l d 均1 提出的液滴碰壁模型把液滴碰壁分为沉 积和飞溅2 种情况，并假设液滴撞壁过程服从能量守恒定律。通过能量和质量守恒 公式推导出无量纲变量k ，作为沉积和飞溅转换临界值。k 值是r e y n o l d s 数r e ( 惯 性力与粘性力之比r e = p v , d i t ) 和o h n e s o r g e ( 莱顿弗洛斯特) 数o h ( o h = 耽r e ) 的函数。 k = o h r e l 2 5( 1 2 ) 试验结果表明沉积向飞溅转变时液滴k 值是5 7 7 。当k 值小于5 7 7 ，液滴将 会沉积到壁面上；当k 值大于5 7 7 时，液滴碰壁后将会向外飞溅。 飞溅液滴分布的尺寸为2 0 】： s ( x ) = a e x p 一三一o f 2c o s 2v - s i n 2v ) + ( x + 一) 2 一 一cr2c o s 2v - s i n 2v j + 【x + p 0 一j i o r 毛+ 1 ) s i i n 而v c o x v ( x + o - t ) ( 1 3 ) 相应的实验表明壁面粗糙度影响了飞溅液滴的产生，根据实验得到飞溅液滴质 量比和k 值的关系式： 光滑面：= 3 9 8 9 6 x 1 0 1x k 9 2 1 3 3 - 5 墨一 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 粗糙面：，卅= 8 0 3 5 0 x 1 0 - 1 1 k 4 j 7 1 8 壁面粗糙度不影响沉积向飞溅转变的临界条件。 ( 8 ) s e n d a 等人【2 1 】提出了的壁温模型，他们用壁温巧作为判别标准，将喷雾撞 壁分成了2 种情况： ( i ) 当壁温低于油液沸腾温度时，撞壁液滴将在壁面铺展，形成油膜。形成油 膜后，由于受到后面喷射液滴的撞击，油膜可能会产生破碎的现象。 ( i i ) 当壁温高于油液沸腾温度时，部分撞壁液滴立即蒸发掉，剩下的液滴在 壁面铺展成油膜。因为表面温度高于沸点，油膜将会沸腾，产生的蒸气迎风流动， 使油膜发生破碎。 在这个模型中，破碎是沸腾和液滴碰撞共同作用的结果，以入射液滴w e 数作为 标准，可以将液滴撞壁类型分成3 种形式：( a ) w e 8 0 ：碰壁液滴几乎不能产生反 弹，液膜也不会破碎。结果是液滴与壁面液膜结合在一起。( b ) 8 0 w e c 2 时，飞溅附壁射流，此时一部分液滴飞溅，另一部分在壁面 上形成附壁射流。设飞溅液滴半径与碰壁液滴半径_ 之比为： 垒：阳，l ( 1 6 ) 上式中的m 玎为o 一1 之间的随机数。飞溅速度大小与碰壁速度大小关系满足 ( 1 5 ) 式，但飞溅的反射角靠由下式求出： 酞= 万e x p ( _ c 4 r a n ) ( 1 7 ) 上面所述的q ，c 2 ，c 3 ，c 4 为通过实验确定的常数，与液体种类和喷雾形式等有 关。 ( 2 ) 西北工业大学的曾祥辉等人【2 4 1 利用v o f 方法建立单个液滴与基板发生碰撞 沉积变形的模型，对液滴撞壁沉积运动形态进行分析。依据液滴形态特征变化，将 整个沉积过程分为运动、射流、驰豫和浸湿4 个阶段。如图1 5 所示： 厂 0 2 ，时，变形的液滴会发生破碎。设y = x ( 2 r ) ，并将式( 2 2 ) 和( 2 6 ) 代入式 ( 2 1 ) 可得描述液滴运动的方程为： y + c a 争m 劳删 ( 2 7 ) 如果y 1 液滴破碎：对于给定某一速度u ，微分方程初始条件为y ( o ) = 0 ， 夕( o ) 2 万u ，其解为： 1 j ，( f ) = 丽i t p 。s i n 国f 1 3 ( 2 8 ) 东北大学硕士学位论文 第2 章油雾碰壁模型研究 式中， 上：鱼出生 t d 2 p r 2 如筹p r 一吉 。 巧 液滴如能反弹，其反弹时刻应为t ，= 7 r m ，此时液滴上部顶点的速度为： 咋：2 r 夕( ) ：“p x c o 屯 这罩液滴顶点的反弹速度不等于液滴离开的速度，即u t u r e b 。 根据实验数据可得预测液滴顶点韦伯数与反弹韦伯数之比为： w e r e b = p q = 8 - o 1 w e l , w e , 联立式( 2 1 1 ) 和( 2 1 2 ) 可得下式： 矾2 e - 2 x 嘞e - c , w e m = w p j ，i e - 2 1 r 嘞e - o i w e z , 其中，c 。为变形系数，是一无量纲常数，由实验数据得c = 一o 1 。 2 2 2 单液滴垂直碰壁结果分析 ( 2 9 ) ( 2 1 0 ) ( 2 1 1 ) ( 2 1 2 ) ( 2 1 3 ) 由t a r 模型可求出液滴能否反弹的临界入射速度“砷也就能得出临界韦伯数 耽砷。液滴沉积在壁面上有2 种情况【2 8 】：一种是过阻尼情况，也就是缈2 0 ；另一 种情况是液滴破裂，也就是y 。 1 。 当c 0 2 0 时，液滴处于过阻尼状态而黏附于壁面上，这时过阻尼极限速度“耐和 极限韦伯数w e o d 为： _ ( 坍) i ，2 焉 ( 2 1 4 ) 睨。：篆 ( 2 其中，o h 是o h n c s o r g c 数，o h = 0 磊。个具有一定尺寸的液滴在它的入 射韦伯数大于极限过阻尼韦伯数时将黏附在壁面上。 当c o t = 万2 时，由式( 2 9 ) 可得： j ，( f ) 2 2 丽u 。e ”坨嘶 ( 2 1 6 ) 当j ，一 1 ，即入射韦伯数超过破碎韦伯数时，液滴碰壁破裂，此时的液滴破碎 速度和韦伯数为： 1 4 东北大学硕士学位论文第2 章油雾碰壁模型研究 m 甘= 2 再四霜 耽打：4 c 。( 1 一升p 勿厣 舯，孝2 景慨加嘲。 因此，反弹的临界速度和临界韦伯数为： “。帕= m i n ( u 。d ，“6 r ) w e o _ , = m i n ( w e 耐，w e 打) 2 3 喷雾倾斜碰壁数学模型 ( 2 1 7 ) ( 2 1 8 ) ( 2 1 9 ) ( 2 2 0 ) 喷雾碰壁是一个非常复杂的过程，许多机理性问题至今仍未获得圆满解决【2 9 1 。 黏附( s t i c k ) 模型由于过于简单和理想化，因此在描述碰壁过程中造成了计算预测结 果不合理。n a b e r 和r e i t z 提出了两种替代s t i c k 模型的碰壁模型，反射( r e f l e c t ) 和射流( j e t ) 模型。在这两种模型中射流模型的预测结果最好，但对液滴反弹、裂化 和附壁油膜的形成等主要碰壁现象没有进行考虑。对上述模型存在的问题，s h i h 和 w a t k i n s 又各自提出了不同的喷雾碰壁模型。在s h i h 提出的碰壁模型中，认为液滴 碰壁前后保持能量守恒，并用复杂的空气动力学模型一t a b 模型来描述液滴碰撞固 体壁面引起的液滴裂化现象，而且对油膜厚度和面积的计算加入了许多经验系数； 在w a t k i n s 提出的碰壁模型中，由于未采用势射流分析理论，使得对喷雾倾斜碰壁 的预测与实测结果相差很多。 针对上述喷雾碰壁模型存在的问题，基于实验观测并以单液滴碰壁性态特征为 基础建立新的碰壁模型。它比较全面的描述了碰壁液滴反弹、形成附壁射流、裂化 以及油膜生成及其蒸发现象。其中，采用势射流分析理论确定液滴碰壁后的运动方 向；用韦伯数判断液滴碰