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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:唐紹瑞
研究生(外文):Shao-JuiTang
論文名稱:非對稱同軸噴注霧化特性分析
論文名稱(外文):The Study of the Breakup and Atomization of Liquid Jet from Asymmetric Coaxial Injectors
指導教授:袁曉峰袁曉峰引用關係
指導教授(外文):Tony Yuan
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:航空太空工程學系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2015
畢業學年度:103
語文別:中文
論文頁數:74
中文關鍵詞:非對稱同軸噴注器長寬比PLIFSMD
外文關鍵詞:asymmetric coaxial injectoraspect ratioPLIFSMD
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同軸噴注為液態火箭之噴注器設計之重要型態之一,其作用為使液體氧化劑與氣體燃料進行霧化混合並燃燒。傳統噴注盤將同軸噴注單元均勻放射性環狀排列,而本研究為了簡化其設計,將所有氣體流道整合成一個環狀結構,而為了分析其霧化特性,本研究設計多組非對稱式同軸噴注器以模擬其環狀結構。本研究所使用的噴注器氣體流道形狀為矩形,並改變矩形外管之長寬比;氣體流道內含單管及三管狀液體噴注器,設計固定液體與氣體的出口面積比,並改變三內管間距離。
本研究應用三種實驗方法觀察霧化現象;使用高速攝影系統拍攝液柱碎裂分解過程及變化,使用平面雷射激發螢光(Planar Laser Induced Fluorescence, PLIF)觀測噴霧二維質量機率分布並計算霧化角、面積分布與非均勻度,以及使用粒徑分析儀觀測粒徑分布變化,並計算核心粒徑。
實驗結果顯示長寬比為1之單管噴注器霧化效果最差;傳統同軸噴注器的霧化效果比所有非對稱矩形單管噴注器要好,但是矩形三管噴霧間的交互作用會使其霧化效果提升,且噴霧間距離越近交互作用越大,使其霧化效果越好,甚至較傳統同軸噴注為佳。

Coaxial injector is mainly used in liquid rocket propulsion system design. This injector atomizes the liquid oxidizer by the gasified fuel and lets the propellant mix with each other. In this research, to simplify the structure of injector plate, all gas channels are integrated into rings with liquid injector within. In order to study the spray phenomena of this ring channel injector, asymmetric coaxial injector models are used to simulate its behavior. The models are designed to be single and triplet liquid injections within a rectangular gas flow channel. All injector models have the same gas-to-liquid-flow area ratio but different aspect ratios of the rectangular channels.
Three means were adopted in this research to study the phenomena of spray. First, the high speed shadowgraph is utilized to observe the breakup of liquid column. Second, planar laser induced fluorescence (PLIF) technique is used to determine the 2-D mass probability distributions of the spray and the spray angle, mass distribution area, and patternaton index (P.I) are evaluated by it. Third, Malvern droplet analyzer is used to measure the droplet size distribution as well as the core SMD (SMD0.15) of the spray.
The results show that the spray behavior of the conventional axisymmetric coaxial injector is better than the asymmetric ones. However, the interaction between sprays in the triplet design shows improved liquid atomization and closer distance between liquid sprays causes stronger interaction thus to a better spray behavior, even better than the axisymmetric one.

摘要 I
致謝 V
目錄 VI
表目錄 IX
圖目錄 X
符號說明 XV
第一章 緒論 1
1-1前言 1
1-2 實驗動機與目的 2
1-3 文獻回顧 2
第二章 實驗設備 8
2-1非對稱同軸噴注器機構 8
2-2流量供應與控制系統 9
2-3霧化影像觀測系統 9
2-4高速攝影系統 10
2-5 PLIF光學量測系統 10
2-6 Malvern粒徑分析儀 11
第三章 實驗方法與步驟 12
3-1實驗操作參數 12
3-2高速攝影拍攝 13
3-3 PLIF光學量測分析方法 13
3-4霧化角分析 14
3-5液滴分布面積分析 15
3-6非均勻度分析(Patternation_Index) 15
3-7 SMD與核心粒徑分析方法 16
第四章 實驗結果與討論 17
4-1 高速攝影觀察 17
4-1-1對稱與非對稱噴注器之高速攝影圖比較 17
4-1-2 三內管噴注器之高速攝影圖比較 19
4-2霧化角之結果與討論 20
4-2-1速度比對霧化角之影響 21
4-2-2正面與側面霧化角之差異 21
4-2-3長寬比對霧化角之影響 22
4-2-4噴霧間的交互作用對霧化角之影響 22
4-3 液滴分布面積與噴霧均勻度之結果與討論 23
4-3-1速度比對液滴分布面積與噴霧均勻度之影響 24
4-3-2長寬比對液滴分布面積與噴霧均勻度之影響 24
4-3-3對稱與非對稱噴注器液滴分布面積與噴霧均勻度之比較 25
4-3-4噴霧間的交互作用對液滴分布面積與噴霧均勻度之影響 26
4-4粒徑分布(Droplet Size Distribution)之結果與討論 28
4-4-1速度比對粒徑分布之影響 28
4-4-2正面與側面粒徑分布之差異 29
4-4-3長寬比對粒徑分布之影響 29
4-4-4對稱與非對稱噴注器粒徑分布之比較 30
4-4-5噴霧間的交互作用對粒徑分布之影響 31
4-5核心粒徑之結果與討論 33
4-5-1速度比對核心粒徑之影響 34
4-5-2長寬比對核心粒徑之影響 34
4-5-3對稱與非對稱噴注器核心粒徑之比較 34
4-5-4噴霧間的交互作用對核心粒徑之影響 35
第五章 結論與未來工作 37
參考文獻 40
表目錄
表一 噴注器幾何參數 42
表二 工作流體之物理性質 42
表三 內外管流速對應之速度比 43
表四 速度比對應之空氣動力韋伯數 43
表五 各實驗之代碼 44

圖目錄
圖1-1 噴注盤示意圖 45
圖1-2 各液柱碎裂模式 45
圖2-1 噴注器出口示意圖(三內管之噴注器是以長寬比1.5之單內管噴注器為單位所構成) 46
圖2-2非對稱同軸噴注單元設計圖 47
圖2-3 三內管非對稱同軸噴注單元設計圖 47
圖2-4 同軸噴注機構 48
圖2-5流量供應與控制系統 48
圖2-6 PLIF系統之雷射光路設備 49
圖2-7 噴注器與CCD相機位置示意圖 49
圖3-1 霧化角計算方式 50
圖3-2 噴注器正面與側面示意圖 50
圖3-3 液滴分布面積示意圖 51
圖3-4 Malvern粒徑量測示意圖 51
圖4-1 在速度比5時,對稱噴注器與非對稱噴注器正面之高速攝影圖 52
圖4-2 在速度比5時,對稱噴注器與非對稱噴注器側面之高速攝影圖 52
圖4-3 在速度比15時,對稱噴注器與非對稱噴注器正面之高速攝影圖 53
圖4-4 在速度比15時,對稱噴注器與非對稱噴注器側面之高速攝影圖 53
圖4-5在速度比25時,對稱噴注器與非對稱噴注器正面之高速攝影圖 54
圖4-6 在速度比25時,對稱噴注器與非對稱噴注器側面之高速攝影圖 54
圖4-7 速度比5時,長寬比2及4.5之三內管噴注器之高速攝影圖 55
圖4-8 速度比15時,長寬比2及4.5之三內管噴注器之高速攝影圖 55
圖4-9 速度比25時,長寬比2及4.5之三內管噴注器之高速攝影圖 56
圖4-10 長寬比2之噴注器,速度比與側面(a)與正面(b)霧化角之關係圖 56
圖4-11 在速度比25時,長寬比1.5之噴注器(a)與長寬比2之噴注器(b),正面與側面霧化角之關係圖 57
圖4-12 速度比25時,長寬比對側面霧化角之關係圖 57
圖4-13 速度比25時,長寬比對正面霧化角之關係圖 58
圖4-14長寬比4.5之三內管噴注器(速度比25),正面與側面霧化角關係圖 58
圖4-15長寬比2之三內管噴注器(速度比25),正面與側面霧化角之關係圖 59
圖4-16 長寬比2之三內管噴注器(速度比25),實驗條件Dt與D*之正面霧化角關係圖 59
圖4-17 三內管噴注器產生的渦流示意圖 60
圖4-18長寬比1.5之噴注器(a)與長寬比2之噴注器(b),速度比對液滴分布面積之關係圖 60
圖4-19 長寬比1.5之噴注器(a)及長寬比2之噴注器(b),速度比對非均勻度之關係圖 61
圖4-20 速度比25時,長寬比對分布面積之關係圖 61
圖4-21 速度比25時,長寬比對非均勻度之關係圖 62
圖4-22 速度比25時,同軸對稱噴注器與長寬比2噴注器對液滴分布面積之關係圖 62
圖4-23 速度比25時,同軸對稱與長寬比2噴注器對非均勻度之關係圖 63
圖4-24 在速度比25時,長寬比1.5之噴注器與長寬比2之三內管噴注器只開中間液體對面積分布之關係圖 63
圖4-25 速度比25時,長寬比2之單內管噴注器與三內管噴注器(長寬比2及4.5)以及對稱噴注器對液滴分布面積之關係圖 64
圖4-26 在速度比25時,長寬比1.5之噴注器與長寬比2之三內管噴注器只開中間液體對面積分布之關係圖 64
圖4-27速度比25時,長寬比2之單內管噴注器與三內管噴注器(長寬比2及4.5)以及對稱噴注器對非均勻之關係圖 65
圖4-28 長寬比2之三內管噴注器(速度比25),實驗條件Dt與D*液滴分布面積之關係圖 65
圖4-29 長寬比4.5之三內管噴注器(速度比25),實驗條件Et與E*液滴分布面積之關係圖 66
圖4-30長寬比2之噴注器,下游9cm,速度比對側面粒徑分布之關係圖 66
圖4-31 長寬比1.5之噴注器,速度比15及25,出口下游9cm,正面與側面之粒徑分布關係圖 67
圖4-32 在速度比25時,下游9cm,噴注器長寬比對於側面(a)與正面(b)粒徑分布之關係圖 67
圖4-33在速度比25時,下游9cm,同軸對稱與長寬比2之噴注器粒徑分布之關係圖 68
圖4-34 長寬比1.5之噴注器與長寬比2之三內管噴注器只開中間液體對粒徑分布之關係圖 68
圖4-35 長寬比2之三內管噴注器,在速度比25時,不同下游距離之正面粒徑分布關係圖 69
圖4-36 中間噴霧擴張擠壓左右兩旁噴霧之情形(藍線為內管中心軸、紅色區域為擠壓區) 69
圖4-37長寬比4.5之三內管噴注器,在速度比25時,不同下游距離之正面粒徑分布關係圖 70
圖4-38 在速度比25,下游9cm時,長寬比2與4.5之三內管噴注之粒徑分布關係圖 70
圖4-39 在速度比25,下游9cm時,長寬比2之三管噴注器實驗條件Dt與D*粒徑分布之關係圖 71
圖4-40 在速度比25,下游9cm時,長寬比1.5之噴注器與長寬比2之三內管噴注器粒徑分布之關係圖 71
圖4-41 長寬比1.5之噴注器,速度比對核心粒徑之關係圖 72
圖4-42 在速度比25時,長寬比對核心粒徑之關係圖 72
圖4-43 在速度比25時,對稱與非對稱噴注器核心粒徑之關係圖 73
圖4-44 在速度比25時,長寬比1.5之噴注器與長寬比(2、4.5)之三內管噴注器以及對稱噴注器對核心粒徑之關係圖 73
圖4-45 在速度比25時,長寬比2之三內管噴注器實驗條件Dt與D*對核心粒徑之關係圖 74


1.Lefebvre, A.H, “Atomization and Spray, Hemisphere Publishing Corporation, pp1-60,1989
2.Mayer, W.O.H. and Branam, R. “Atomization Characteristics on the Surface of Round Liquid Jet, Experiments in Fluids Vol. 36, pp. 528-539, 2004.
3.Mayer, W. O. H., “Coaxial atomization of a round liquid jet in a high speed gas stream: A phenomenological study, Experiments in Fluids, Vol.16, pp 401-410, 1994
4.袁曉峰,蔡銘倫,液體物理性質對同軸噴注器之霧化影響“成功大學航太所碩士論文,中華民國102年
5.Farago, Z. and Chigier, N., “Morphological classification of disintegration of round liquid jets in a coaxial air stream, Atomization and sprays Vol.2, pp.137-153, 1992
6.袁曉峰,唐紹文,蔡銘倫,同軸噴注之氣層厚度對液柱碎裂之影響 中華民國航太學會/民航學會聯合學術研討會論文集,中華民國 101年
7.Lasheras, J.C. and Hoppfinger, E.J., Liquid Jet Instability and Atomization in a Coaxial Gas Stream, Annual Review Fluid Mechanics, Vol. 32, pp.275-308, 2000
8.袁曉峰,林建國,唐紹文, “剪切式同軸噴注器之霧化觀察分析 成功大學航太所碩士論文,中華民國100年
9.Stanislav N. Danov and Ashwani K. Gupta, “Effect of Sauter Mean Diameter on the Combustion Related Parameters in Heavy-Duty Diesel Engines, Journal Propulsion and Power Vol. 16, No. 6, 2000
10.Hardalupas, Y. and Whitelaw, J.H., “Interaction Between Sprays From Multiple Coaxial Airblast Atomizers Journal of Fluids Engineering. Vol.118 , pp.762-771, 1996
11.Ashgriz, N. Editor “Handbook of Atomization and Sprays, Springer Publishing, 2011
12.Sankar, S.V., Maher, K.E., Robart, D.M., and Barchalo, W.D., “Rapid Characterization of Fuel Atomizers Using an Optical Patternator, Journal of Engineering for Gas Turbine and Power, Vol.121, pp. 409-414, 1999
13.Tate, R. W., “Spray Patternation, Industrial and Engineering Chemistry, Vol.52, pp. 49A-53A, 1960
14.袁曉峰,李麗平, “噴霧交互作用之實驗觀察 成功大學航太所碩士論文, 中華民國103年

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