超声速气液两相清洗喷头计算

田骏丹，徐让书，刘宗旺

(沈阳航空航天大学 航空发动机学院，沈阳 110136)

超声速气液两相清洗喷头利用空气与液相颗粒混合，经过Laval喷管形成超声速气液两相流来清洗机械零部件的内腔表面。清洗喷头的射流压力、流量等影响清洗效果和清洗效率。两相质量流量对两相流动速度特性影响显著，相同质量流量情况下，液相颗粒越多，颗粒直径越小，气相出口马赫数越小[1,2]。Chang I.S用双流体模型研究了液相颗粒直径和流量对两相流的影响，结果表明小直径颗粒能有效减缓气相膨胀，且液相颗粒流量较大的情况下，喷管喉部可处于亚声速状态[3]；两相流中的液相颗粒由喷管进口端的水喷嘴产生，液相颗粒直径随水喷嘴射流速度增大而减小、随流量减小而减小[4]；水喷嘴出口液相颗粒按照Rosin-Rammler函数分布[5,6]。针对某确定型线的超声速气液两相清洗喷头中有摩擦和添质的广义准一维稀颗粒群两相流，进行了数值计算与分析，找出该喷头工作压力与液相流量的控制规律，确定液相颗粒进口温度范围。

1 超声速气液两相流动计算

超声速气液两相清洗喷头的核心气动结构为Laval喷管。喷管型线的收缩段和扩散段分别采用Вцмощцискцǔ公式[7]和4次多项式拟合，两段长度均为0.02 m。水喷嘴布置在Laval喷管进口端，其轴线与喷管轴线垂直，喷头工作时，根据实际情况选择4个水喷嘴中的一个。喷头结构以及实物如图1所示。

图1 超声速气液两相清洗喷头

1.1 计算模型

喷管中是有摩擦和添质的广义准一维稀颗粒群两相流亚声速-超声速流动。……