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近日，中國科學院力學研究所科研人員透過數值模擬方法研究了液體燃料對撞霧化的物理過程，揭示出高韋伯數下碰撞偏心效應誘導的液膜失穩機制、霧化粒徑、液滴空間分佈的變化規律。
射流對撞霧化是火箭發動機、內燃機等動力系統中燃料噴注霧化的重要方式，燃料霧化質量與空間分佈決定著發動機燃燒效率、燃燒穩定性以及汙染物排放等指標，是發動機燃燒研究的重要基礎和科學前沿。然而，在實際對撞霧化噴嘴的加工、製造與裝配過程中，容易出現對撞偏心的情況，因此釐清射流對撞中的偏心效應影響，繼而基於碰撞偏心實現射流霧化的主動控制成為創新理念。科研人員對射流對撞霧化噴嘴建立了計算模型，基於自適應網格加密的VOF方法，透過精細捕捉兩相介面，完整呈現了偏心射流對撞霧化的演化過程（圖1）。研究表明，隨著偏心因子的增大，霧化液滴的粒徑呈現先減小後增大的變化趨勢（圖2），在中等偏心程度下可以獲得更好的液滴空間分佈均勻性（圖3）。研究揭示了對撞射流液膜在慣性力、液體表面張力以及偏心引起的剪下力三者非線性競爭下出現的破碎模式變化機制，為偏心射流霧化的主動控制提供了理論基礎，併為發動機噴嘴設計與製造的可靠性評估提供了支撐。
來源：中國科學院
