Page 13 - 《爆炸与冲击》2023年第2期

第 43 卷 杨 帆，等： 煤油液滴直径对两相旋转爆轰发动机流场的影响 第 2 期

0.04 Droplet diameter/μm 0.04 Droplet residence time/μs
5 15 25 35 45 5 20 35 50 65 80
Y/m 0.02 Y/m 0.02

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10
X/m X/m

图 11 初始液滴直径 50 µm 液滴直径等值线分布 图 12 初始液滴直径 50 µm 的液滴停留时间等值线分布
Fig. 11 Contours of the droplet diameter Fig. 12 Contours of the droplet residence time
at an initial droplet diameter of 50 µm at an initial droplet diameter of 50 µm

2.3 不同初始液滴直径对流场的影响

2.3.1 初始直径 1 µm 工况
当初始直径为 1 µm 时，液滴在入口附近即被高温空气完全蒸发。根据监测点（X=0.02 m，Y=0.01 m）
压力曲线计算爆轰波平均速度达 1 330 m/s。气液两相旋转爆轰表现出气相爆轰的特性，爆轰波极为平

整。图 13 为初始液滴直径为 1 µm 的温度和压力等值线分布。

Temperature/K Pressure/MPa

1 000 1 400 1 800 2 200 2 600 0.2 0.6 1.0 1.4 1.8
0.10 0.10

0.08 0.08

0.06 0.06
Y/m Y/m
0.04 0.04

0.02 0.02

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10
X/m X/m
(a) Contours of temperature (b) Contours of pressure
图 13 初始液滴直径 1 µm 的温度和压力等值线分布
Fig. 13 Contours of temperature and pressure at an initial droplet diameter of 1 µm

2.3.2 初始直径 10～70 µm 工况
图 14 为初始直径为 10～70 µm 范围工况下旋转爆轰波自持稳定传播后液滴直径等值线分布。
2.2 节中分析了初始直径为 50 µm 工况下旋转爆轰流场的液滴直径分布规律，解释了爆轰波前远离
入口处较大液滴条带产生的原因。由图 14(a) 可知，初始液滴直径为 10 µm 时，流场中存在大量未破碎
的液滴。初始液滴直径增大至 20 µm 时，流场中仅混杂少量未破碎的液滴，如图 14(b) 中的箭头所示。
初始液滴直径为 30 µm 时，流场中几乎不存在未破碎的液滴。在爆轰波的一个旋转周期内，爆轰波后初
始液滴注入，此时主要经历蒸发混合等过程，受空气剪切破碎的影响较小，蒸发速度较慢。
从较小初始液滴直径范围的工况可知，初始液滴直径越小，液滴越具有保持稳定的趋势，越不容易
破碎。相应地，对于较大初始液滴直径，如图 14(e) 和 (f)，初始液滴直径越大，液滴越具有不稳定的趋势，
在空气作用下越容易发生破碎。这导致随着初始直径的增大，下游的大液滴条带不明显。
定义流场中平均液滴直径 [47] ：

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