题目：火焰筒头部流场和雾化特性的研究

本文采用数值模拟和试验研究的方法，研究了旋流杯雾化装置的外旋流器和套筒的结构参数的改变对流场和雾化特性的影响。数值模拟部分主要模拟不同结构旋流杯在单头部矩形结构火焰筒的冷态流场，试验研究主要采用激光多普勒粒子分析仪（PDA）研究了不同结构的旋流杯在矩形结构火焰筒和模拟真实结构火焰筒的流场和雾化特性。矩形结构火焰筒数值模拟和试验结果表明：外旋流器流通面积控制着回流区形状、大小和位置：随着流通面积增加，回流区的长度增加，宽度减小，达到回流区最大宽度的轴向位置向套筒方向移动；对轴向、径向和切向速度有不同程度的增加，但影响不大；对雾化效果影响不大。外旋流器旋流数变化影响着回流区的大小，旋流数增加，回流区宽度增大；旋流数增加会使雾化效果变好，但增加到一定程度会使雾化效果变坏。套筒结构参数控制着流场下游的发展：套筒出口角度减小使中心回流区的宽度减小，角回流区变大，减小到一定角度形成的回流区结构将不利于主燃区的油气混合；套筒出口角度变大，能够使中心回流区长度和宽度变大，达到回流区最大宽度的轴向位置向套筒方向移动；套筒出口角度增大，使燃油的喷雾锥角增大，有利于主燃区的油气混合；随着套筒长度的增加，再附点向下游移动。套筒的长度存在一个临界值，使中心回流区的尺寸最大，比这个临界值大或者小，都会使得中心回流区的尺寸和长度减小。在回流区范围内，套筒长度最小的SMD最小，雾化效果好；在顺流区内，SMD随着套筒长度的增加而逐渐减小，影响不大。套筒长度的改变对液滴的通量分布和喷雾锥角有很大的影响。套筒越长，使液雾进入火焰筒的位置延后，形成的喷雾锥角越小，进而影响到火焰的结构和燃烧的性能。套筒长度是旋流杯设计的重要环节，需要综合流场、雾化性能和燃烧性综合考虑，设计应根据具体情况确定最佳套筒长度。模拟真实结构火焰筒试验结果表明：由于受到火焰筒上下壁面不对称、头部冷却气流和主燃孔射流的影响，回流区的结构不规则；外旋流器旋流数增加和套筒出口角度增加回流区宽度有增大的趋势，这与矩形结构火焰筒试验相似，但受到主燃孔射流的影响，回流区增大的区域被挤压在中心轴线附近。