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本文基于超燃冲压发动机燃烧室内液态碳氢燃料的喷注方式与喷注环境,提出超声速气流中液体横向喷射这一研究课题,采用试验研究与理论分析相结合的方法,对超声速气流中液体横向射流(Liquid Jet in Supersonic Crossflows,简称LJISC)的破碎雾化过程进行研究,旨在揭示射流柱变形与破碎机理,掌握破碎与雾化的内在规律。首先从宏观结构上认识LJISC的气体流场和液体流场。通过高速纹影方法捕捉到清晰的弓形激波、分离激波、分离区等气体流场结构,对弓形激波脱体距离、弓形激波角度、弓形激波空间振荡特征和分离区大小等开展定量化分析。采用超声速PIV方法对中心对称面上的射流/喷雾进行“冻结”成像,分析射流/喷雾瞬态结构特征,发现表面波、喷雾块和大尺度拟序涡等结构,明确提出按结构特征将液体流场分为表面波主导破碎区、快速雾化区和均匀混合区三个区域。然后重点针对LJISC的液体流场展开研究。基于PIV设备发展了脉冲激光背景成像技术,利用溶胶介质的丁达尔散射效应对激光去干涉和均匀化,实现了对超声速射流/喷雾结构的高时空分辨率连续捕捉,以试验方法证实了LJISC中表面波结构的真实存在性,发现了喷雾块结构、液滴剥离现象以及拉丝现象等流动特征。分析了表面波结构和喷雾块结构的时间演化特性,基于图像特征匹配方法对其速度空间分布和沿程加速特性进行研究,通过受力分析揭示了近喷孔区域流动结构产生和发展的内在原因。利用相位多普勒分析仪(Phase Doppler Anemomitry,PDA)和超声速PIV技术对射流一次破碎后喷雾场的液滴粒径分布和速度分布开展测量研究。分析了均匀混合区拟序涡结构的时间演化规律,并对射流/喷雾速度场结构进行了研究。测量了喷雾场的液滴粒径分布,分析了空间单点上液滴粒径的统计分布规律,研究了喷雾场索泰尔平均直径(SMD)沿空间的变化规律,对比了不同工况条件下SMD的分布规律。结合速度和粒径的空间分布,对LJISC的雾化过程中小液滴聚合和大液滴破碎的竞争机制进行探索。提出边界带概念,定义新的无量纲参数-喷雾分数(γ)定量化描述射流/喷雾的振荡分布和浓度分布。基于脉冲激光背景成像结果对射流/喷雾的纵向空间分布开展研究,计算得到喷雾分数的空间分布,开展了多参数协同作用下喷雾分数分布的规律研究,建立了能够定量描述射流/喷雾边界振荡过程和边界带区域液雾浓度分布的纵向边界带模型。利用倾斜成像的PIV方法结合喷雾分数概念研究了射流/喷雾横截面分布规律,发现了横截面分布呈“Ω”型,首次用数学方法定量化描述横截面分布,并建立了LJISC的三维空间分布模型。