高温高速气流中单个液滴的破碎机制与规律

以高焓来流条件下液态燃料的喷射雾化为工程背景，以实验为主，研究单个理想液滴在强激波与爆轰波诱导的高温高速气流下变形与破碎的现象。以高速摄影为主要手段，配合并发掘适当的光学诊断方法，力求清晰地刻画孤立液滴发展与破碎的具体形态与特性，并揭示其形成机制；同时在广泛实验基础上总结归纳高温高速气流作用下液滴破碎模式、模式转化参数以及破碎时间等随实验条件的变化规律。项目将进一步完善学术界关于液滴在极端条件下破碎现象的认识和理解。研究获得系统化的破碎数据图谱及相关规律性结论，预期可给实际工程应用特别是超燃背景下的燃料雾化研究提供有价值的参考信息。

本项目以高焓来流条件下液态燃料的喷射雾化为工程背景，以实验为主，研究高温高速气流中液滴的变形破碎现象以及相关气液两相流动现象。实验上，以高速摄影为主要手段开展了关于爆炸冲击诱导界面射流的研究以及运动激波诱导气流中单个液滴的破碎研究。其中，关于爆炸诱导射流的研究发现表面射流速度主要来自早期短时间内气泡急剧膨胀赋予水体的冲量，且整体上与起爆能量成正相关，而与爆炸深度成反相关。关于液滴破碎研究则成功获取了大量较清晰的水和甘油液滴在各种不同初始压强和激波马赫数下的变形破碎形态图像，发现液滴迎风面界面K-H失稳的位置与液滴表面所受剪切力的最大区域相对应，该区域基本稳定在与赤道子午面夹角30度至75度之间。背风面的裙状凸起主要发生在较高Re数和较低Oh数情况下，液滴后方分离涡对的相向搓动为凸起形成的主要原因，挤压效应不占主导。此外在数值计算上，项目部分发展了能够综合模拟高温非平衡气液两相流动的数值模拟平台，其中包括开发了能够更有效处理多组分化学非平衡气体问题的总包简化方法，以及将VOF和界面方向追踪相结合的两相界面流动计算方法。该数值计算程序被初步应用于高温高速气流中液滴的破碎模拟，取得较好结果。