[发明专利]一种平面液体层的雾化方法

摘要

本发明涉及液体雾化领域，具体涉及一种平面液体层的雾化方法，适用于平面狭缝喷嘴和空气助力平面狭缝喷嘴，上述喷嘴采用横向谐振方式，其谐振频率为运用量纲一色散准则关系式确定的平面液体层喷射一级雾化碎裂最不稳定频率。

主权项

1、一种平面液体层的雾化方法，适用于平面狭缝喷嘴和空气助力平面狭缝喷嘴，其特征在于，上述喷嘴采用横向谐振方式，其谐振频率的确定分两种情况：情况一：对于平面狭缝喷嘴，平面液体层喷射进入静止空气环境中，其一级雾化的碎裂行为符合对称波形(varicose)或非对称波形(sinuous)形量纲一色散准则关系式式中：F=4k2ξ02WelRel2(Cl±El)(Bl±Dl)(BlEl-ClDl)2exp(-4k2RelLb)---(2)]]>G=-4k2ξ02γPEulWelRegc2(Cg±Eg)(Bg±Dg)(BgEg-CgDg)2exp[(-4k2Relg+2ik)Lb]---(3)]]>I＝2(1-k²ξ²)^3/2                                             (4)式(1)中“”号中的“-”号表示喷射液体层气液交界面表面波为对称波形(varicose)，“+”号表示喷射液体层气液交界面表面波为非对称波形(sinuous)，ξ为液体层碎裂点的扰动振幅；式(2)-(4)中，k为波数，在液体层碎裂点，即为液体层碎裂的最不稳定频率；ξ₀为喷嘴出口处的初始扰动振幅，取ξ₀＝0.01；P为环境气体压力与喷射压力之比；i=-1;]]>Wel=a‾ρ‾lU‾l2/σ‾l]]>为液体韦伯数，其中：a为平面狭缝喷嘴的出口半厚度(m)，ρ_l为液体密度(kg/m³)，U_l为液体喷射流速(m/s)，σ_l为液体表面张力(N/m)；Re₁＝aU_l/v_l为液流雷诺数，其中：v_l为液体运动学粘度(m²/s)；Re_gc＝ac/v_g，其中：c为声速(m/s)，v_g为环境气体运动学粘度(m²/s)；Re_1g＝aU_l/v_g；γ为环境气体的绝热指数，对于双原子气体(如空气)取γ＝1.4；Eul=P‾l/(ρ‾lU‾l2)]]>为液体欧拉数，其中：P_l为液体层喷射压力；L_b为量纲一液体层碎裂长度；其它参数为：B_j＝(ikξ_j+1)exp(ik+ikξ_j)，C_j＝(ikξ_j-1)exp(-ik-ikξ_j)，，，其中：j＝l对应液体参数，j＝g对应环境气体参数；ξl=ξ0exp(-2k2RelLb)]]>为液体层碎裂点表面波的液相扰动振幅；ξg=ξ0exp[(-2k2Relg+ik)Lb]]]>为液体层碎裂点表面波的气相扰动振幅；式中带有上标“^-”的参数为有量纲参数，没有上标的参数为量纲一参数，下同。令平面液体层上下气液交界面处的量纲一扰动振幅ξ的绝对值相等，且等于1，求取的波数k即为平面狭缝喷嘴的横向谐振频率；情况二：对于空气助力平面狭缝喷嘴，平面液体层喷射进入空气助力环境中，其一级雾化的碎裂行为符合任意波形量纲一色散准则关系式eiθ+LIF+JF+G=0---(5)]]>式中：θ为液体层表面波上下气液交界面的相位角。             F=4k2ξ02WelRel2(Cleiθ-El)(Bleiθ-Dl)(BlEl-ClDl)2exp(-4k2RelLb)---(6)]]>G=γPEulWelMag12(Ag2Cgeiθ-Ag1Eg)(Ag2Bgeiθ-Ag1Dg)(BgEg-CgDg)2exp[(-4k2U1Reg1+2ikUd1)Lb]---(7)]]>                        I=2(1-k2ξ12)3/2---(8)]]>J=γPEulWelMag22(Ag2Cgeiθ-Ag1Eg)(Ag2Bgeiθ-Ag1Dg)(BgEg-CgDg)2exp[(-4k2U2Reg2+2ikUd2)Lb]---(9)]]>                       I=2(1-k2ξ22)3/2---(10)]]>式(6)-(10)中，ξ₁为液体层表面波上气液交界面的扰动振幅，ξ₂为液体层表面波下气液交界面的扰动振幅；Mag1=U‾g1c‾]]>为液体层一侧空气助力气流的马赫数，Mag2=U‾g2c‾]]>为液体层另一侧空气助力气流的马赫数；U_g1为液体层一侧空气助力气流的流速(m/s)，U_g2为液体层另一侧空气助力气流的流速(m/s)；Re_g1＝aU_g1/v_g为液体层一侧空气助力气流的雷诺数，Re_g2＝aU_g2/vg为液体层另一侧空气助力气流的雷诺数；U1=U‾g1U‾l]]>为液体层一侧气液基流流速比，U2=U‾g2U‾l]]>为液体层另一侧气液基流流速比；U_d1＝1-U₁为液体层一侧气液基流流速差，U_d2＝1-U₂为液体层另一侧气液基流流速差；其它参数为：B_l＝(ikξ_l1+1)exp(ik+ikξ_l1)，C_l＝(ikξ_l1-1)exp(-ik-ikξ_l1)，D_l＝(ikξ_l2+1)exp(-ik+ikξ_l2)，E_l＝(ikξ_l2-1)exp(ik-ikξ_l2)，其中：ξl1=ξ0exp(-2k2RelLb)]]>为液体层一侧碎裂点表面波的液相扰动振幅，ξl2=ξ0exp(-2k2RelLb+iθ)]]>为液体层另一侧碎裂点表面波的液相扰动振幅；Ag1=ξ0ωg1/U1+ikik,]]>Ag2=ξ0ωg2/U2+ikik,]]>B_g＝(ikξ_g1+1)exp(ik+ikξ_g1)，C_g＝(ikξ_g1-1)exp(-ik-ikξ_g1)，D_g＝(ikξ_g2+1)exp(-ik+ikξ_g2)，E_g＝(ikξ_g2-1)exp(ik-ikξ_g2)，其中：ξg1=ξ0exp[(-2k2U1Reg1+ikUd1)Lb]]]>为液体层一侧碎裂点表面波的气相扰动振幅，ξg2=ξ0exp[(-2k2U2Reg2+ikUd2)Lb+iθ]]]>为液体层另一侧碎裂点表面波的气相扰动振幅；ωg1=exp[(-2k2Relg+ikUd1)Lb],]]>为液体层一侧碎裂点表面波的气相圆频率，ωg2=exp[(-2k2Relg+ikUd2)Lb]]]>为液体层另一侧碎裂点表面波的气相圆频率；令平面液体层上下气液交界面处的量纲一扰动振幅ξ₁与ξ₂的绝对值不相等，但绝对值的相加之和等于2，求取的波数k即为空气助力平面狭缝喷嘴的横向谐振频率。