Экспериментальное исследование градиентных газожидкостных струйных течений

В 2013 г. разработан конвергентный сопловый блок со сменными узлами подачи жидкости: центральная подача и пристенная; диаметр сопла на срезе 20 мм. Методом лазерного ножа выполнены эксперименты на до- и сверхзвуковых режимах газокапельной струи, получены графические данные, и показано, что при центральной подаче жидкости в струе присутствуют отдельные крупные капли до 1 мм. Они имеют сравнительно большую скорость относительно потока и разрушаются по одному из механизмов «обдирки» (We > 500) в пределах 1 калибра за срезом сопла. Отдельные капли наблюдаются и в слое смешения, а также вне струи в угловом секторе, характерном для угла конусности недорасширенной струи. Осевая подача не исключает попадания жидкости на стенки сопла, она стекает в струю в виде пленки и, разрушаясь, поставляет в струю крупную фракцию капель. Опыты с пристенной подачей жидкости также показали неудовлетворительное диспергирование как внутри сопла, так и в слое смешения струи. В опытах с водо-глицериновыми растворами установлено, что с ростом вязкости жидкости существенно уменьшается эффективность ее диспергирования в струях. В 2014 г. с целью исключить влияние спрея из слоя смешения на результаты визуализации реализована подача жидкости вдоль оси за срез сопла. Эксперименты проведены в АТ Т-326 ИТПМ СО РАН на режимах NPR=2, 5 и 9 с визуализацией в лазерном ноже и теневым методом. На дозвуковом режиме (NPR=2) установлено, что при расходе 0,1 - 2 г/с жидкая струя сохраняет целостность на участке ~ 5 мм, после чего диспергируется до состояния спрея. Разрушение струи воды на отдельные (0,5 - 1 мм) капли происходит также на участке 3 - 5 мм и наблюдается лишь при минимальной подаче воды (0,1 г/с). Влияние жидкости на структуру газовой струи на дозвуковом режиме не отмечено. Сильное влияние потока спрея на волновую структуру газовой струи зарегистрировано в сверхзвуковых недорасширенных струях (NPR > 2). В 2015 г. методом PIV на АТ Т-326 с целью изучения возможности уменьшения поперечного разлета жидкости за счет эжектируемого воздуха проведена визуализация поля внешнего течения вблизи затопленной струи без жидкой фазы и в ее присутствии. Установлено, что затопленное пространство вокруг струи состоит из двух коаксиальных зон с различным характером движения газа. Выраженный эффект эжекции наблюдается только в ближней зоне, в дальней наблюдается характерный противоток газа. Показано, что граница зон удалена от слоя смешения струи не более чем на диаметр струи. Это, по-видимому, и ограничивает эффективность эжекции для компактирования жидкой фазы газокапельных струй, несмотря на достаточно высокую (15 - 18 м/c) скорость эжектируемого воздуха.