圆环旋转黏性射流破碎过程及表面波的研究

王赓，宁智，吕明，蒋中锋

(1.北京交通大学机电学院,北京 100044；2.中自环保科技股份有限公司，四川 成都 611731)

传统的进气道喷射(PFI)汽油机在冷起动时，部分燃烧会产生未燃烃类排放(UBHC)的问题[1]，因此缸内直喷(GDI)汽油机得到了越来越多的关注。缸内直喷汽油机喷射压力高，所以可以获得更好的雾化及混合效果，进而提高燃烧稳定性并且减小发动机节流损失[2]。压力旋流喷嘴具备结构简单、制造方便、雾化效果好等优点，因此压力旋流喷嘴已经广泛地应用于各类缸内直喷发动机中[3]。

深入了解压力旋流喷嘴的喷雾特性，还需要对液体射流的过程进行分析。Rayleigh等[4-6]提出了圆射流表面波模式，给出了最大表面波增长率的概念；此外，还研究了环状液膜的破碎规律，环状液膜受到扰动后，会在喷嘴出口的位置产生波动，它的破碎长度短于平面液膜射流的破碎长度。Rayleigh认为，在较低的气液速度差下，环形断裂带的厚度与液膜发生破碎时的厚度基本一致。

圆环旋转黏性射流是压力旋流喷嘴射流的简化模型[7]，Jun Ishimoto[8-10]采用大涡模拟方法和VOF方法对圆环旋转黏性射流的雾化过程进行了数值模拟，并对液膜厚度、射流形态以及粒径分布等进行了研究分析，同时还对喷嘴内部的湍动能、气液相界面的表面波动以及喷嘴壁面受力情况的变化等内容进行了研究。

周立新等[11]对圆环旋转黏性射流的喷嘴内部流动进行了数值研究，研究结果给出了喷嘴内气液两相的流动过程，并得到了流场内细微的湍流结构。……