凝胶汽油双股撞击式雾化速度场实验研究

杨建鲁，翁春生，白桥栋，胡洪波

（南京理工大学瞬态物理国家重点实验室，江苏南京210094）

凝胶汽油双股撞击式雾化速度场实验研究

杨建鲁，翁春生，白桥栋，胡洪波

（南京理工大学瞬态物理国家重点实验室，江苏南京210094）

为研究凝胶剂含量、撞击角以及喷射压力等参数对凝胶汽油双股撞击式雾化速度场的影响，实验室制备了凝胶剂含量分别为4%和5%的QNJ-4、QNJ-5凝胶汽油样品。利用旋转式流变仪分别对QNJ-4、QNJ-5凝胶汽油的表观粘度进行了测量，并拟合了反映其表观粘度变化的幂率公式。采用粒子图像速度仪测量了撞击角θ分别为60°、75°、90°、105°和120°，喷射压力p为0.5 MPa、0.75 MPa、1.0 MPa和1.25 MPa条件下双股撞击式雾化流场的速度分布。结果表明：凝胶剂含量越高，反映凝胶汽油表观粘度变化的幂率公式中，粘度系数k越大，流动指数n越小；凝胶剂含量越高，凝胶汽油撞击雾化后的液滴速度越小；在撞击点下游，中心轴线上的液滴速度vl沿轴线呈总体下降的趋势，但由于撞击点产生的不稳定波的作用，液滴速度vl会出现波动；随着撞击角的不断增大，凝胶液滴的核心速度vc不断减小，但在撞击角为105°会出现暂时增大；随着喷射压力的增大，凝胶汽油雾化后的核心速度vc不断增大，但增大幅度越来越小。

兵器科学与技术；凝胶汽油；表观粘度；撞击式雾化；速度场

0 引言

凝胶推进剂是一种以液体推进剂为基础，通过添加凝胶剂和高能固体颗粒而制得的具有优良性能的新型推进剂。这类推进剂兼具液体推进剂比冲较大、推力可调、易于实现多次点火启动和固体推进剂使用安全、不易泄露、易于长期储存、使用前可预先装载到火箭发动机上、发射反应时间较短的优点。

凝胶推进剂是一种高粘度的非牛顿流体。作为一种具有优良特性的推进剂，雾化效果的好坏是其能否顺利实现工程应用的关键［1］。凝胶推进剂本身固有的高粘度是影响其充分雾化的主要障碍。根据凝胶推进剂具有较高粘稠度、易堵塞喷嘴的特点，目前国内外专家学者广泛选用直射式喷嘴通过撞击式雾化的方式来实现对凝胶推进剂的雾化。当前，国内外研究工作者已对凝胶推进剂的雾化问题做了大量的研究工作。Rodrigues等实验研究了凝胶推进剂撞击式雾化中撞击角、喷嘴长径比和射流自由长度与喷嘴孔径比值等因素对雾化液滴粒径大小以及液滴速度分布的影响［2］。陈杰等对凝胶推进剂撞击式雾化的研究表明，雾化液滴速度对撞击轴线呈单峰分布；增大撞击角和射流压差都可以提高凝胶推进剂的雾化质量［3］。吕少一等研究了不同类型的凝胶剂对凝胶推进剂流变性能的影响［4］。Yoon等采用实验与数值模拟相结合的方式研究了凝胶推进剂在不同类型喷注器内的流动特性［5］。Fu等对双股撞击式雾化过程中喷嘴几何形状对凝胶推进剂液膜、液丝的破碎特性进行了实验研究［6］。Klaus等的研究表明，在凝胶推进剂的双股撞击雾化过程中，撞击点周围会形成液膜区，且撞击速度越大，液膜区越小［7］。Victor等实验研究了凝胶水的脉动雾化特性［8］。Syed等对比研究了水和凝胶水撞击式雾化的区别，并进一步分析了喷嘴结构对雾化过程中凝胶水液膜破碎长度的影响［9］。Jayaprakash等在对凝胶燃料进行的双股撞击式雾化的实验研究中发现撞击点会持续产生一系列的不稳定波，该不稳定波沿着凝胶燃料液膜向下游传播［10］。强洪夫等采用SPH方法对凝胶推进剂的一次雾化进行了数值模拟，研究了撞击速度、撞击角等因素对雾化效果的影响［11］。胡洪波等实验研究了凝胶汽油在脉冲爆轰发动机中的爆轰特性［12］。

在雾化过程中，液体本身的粘度直接影响液滴的破碎、剥离程度，是影响雾化效果的关键因素。凝胶汽油具有剪切变稀（剪切速率越大，表观粘度越小）的特性。凝胶汽油发生撞击式雾化后流场内液滴的速度分布能够反映雾化区域内凝胶液滴发生二次雾化的强弱。因此，对凝胶汽油表观粘度变化特点和雾化后液滴速度分布特点的研究具有重要意义。本文采用旋转式流变仪对实验室配制的凝胶汽油进行了流变性测量，通过测得的数据拟合该凝胶汽油表观粘度随剪切速率变化的幂率方程，讨论凝胶剂含量对幂率方程参数的影响，分析了凝胶汽油表观粘度随剪切速率的变化特点。采用粒子图像速度仪对凝胶汽油的双股撞击式雾化速度场进行测量，研究分析凝胶剂含量、撞击角和喷射压力等因素对雾化速度场的影响，为今后进一步研究凝胶推进剂撞击式雾化特性提供参考。

1 凝胶汽油配制以及实验方案设计

1.1 凝胶汽油的配制

本文以97号汽油为基础燃料，比表面积为380 m2/g的二氧化硅粉末为凝胶剂，采用超声波震荡与机械式搅拌相结合的方式制备了凝胶剂含量分别为4%和5%的QNJ-4、QNJ-5凝胶汽油，如图1所示。

1.2 凝胶汽油表观粘度测量方案

为了测量凝胶汽油表观粘度随剪切速率的变化，根据测量结果来拟合QNJ-4和QNJ-5凝胶汽油表观粘度的幂率函数曲线，由此对比凝胶剂含量不同时，幂率函数的区别，本文利用旋转式流变仪对制备的QNJ-4和QNJ-5凝胶汽油进行表观粘度的测量。凝胶汽油具有剪切变稀的特性，在不同剪切速率条件下，表观粘度的变化速率不同，剪切速率越低，凝胶汽油表观粘度变化越敏感，变化幅度越大。为准确测量凝胶汽油的表观粘度，在测量过程中剪切速率不完全采用线性增大的模式，而是采用分段设定剪切速率增大模式和测点数的方法:当剪切速率较低时，表观粘度随剪切速率变化的速率较快，测点数选取较密集；剪切速率较大时，表观粘度变化速率较小，测点选取较稀疏。测量方案如表1所示。

图1 实验室制备的凝胶汽油样品Fig.1 The samples of gel gasoline used in experiments

表1 凝胶汽油表观粘度测量过程中剪切速率递增方案Tab.1 The increasing scheme of shear rate in the process of measuring apparent viscosity

采用旋转式流变仪对QNJ-4和QNJ-5凝胶汽油的表观粘度进行测量。测量过程中流变仪采用φ40 mm的锥形夹板，锥角172°.测量前预先按照表1中的递增方案对流变仪剪切速率的变化模式进行设定，同时设定测量温度为20℃.

1.3 凝胶汽油撞击式雾化流场速度分布测量方案

为了获得凝胶剂含量、喷射压力以及撞击角对凝胶汽油撞击式雾化区域速度场的影响，本文设计了双股撞击式雾化装置，并利用粒子图像速度仪对该雾化区域的速度场进行测量，实验系统示意图如图2所示。

该实验系统由两部分组成:喷射雾化系统、数据测试与采集系统。图2中喷嘴结构参数:出流孔径D为0.8 mm，孔径长度L为4 mm，长径比L/D为5.另外，喷射雾化时喷嘴出口距撞击点的长度s为10 mm（2.5 L）.

实验过程中采用高压氮气作为驱动力为QNJ-4和QNJ-5凝胶汽油提供喷射压力p.喷射压力值分别设定为0.50 MPa、0.75 MPa、1.00 MPa和1.25 MPa，同时每个喷射压力条件下，撞击角θ分别设定为60°、75°、90°、105°和120°.

图2 实验系统示意图Fig.2 Experimental system

2 实验结果及其分析

2.1 凝胶剂含量和剪切速率对凝胶汽油表观粘度

及其幂率公式的影响

凝胶汽油是一种触变型流体，具有剪切变稀的性质，因此其表观粘度的大小不仅受凝胶剂含量的影响，而且随剪切速率的变化而变化。本文对测得的凝胶汽油表观粘度随剪切速率变化的曲线进行拟合，拟合公式采用当前工程上应用较多的幂率模型，该模型为

式中:η为表观粘度；γ为剪切速率；k为粘度系数；n为流动指数。

图3反映了QNJ-4和QNJ-5凝胶汽油表观粘度随剪切速率的变化。对图3分析可知:当剪切速率较低时，随着剪切速率的增大，凝胶汽油的表观粘度迅速减小，同时，表观粘度的减小速率也在减小:当剪切速率由1.143 s-1增大到7.644 s-1时，QNJ-4的表观粘度由44.930 Pa·s降低到3.793 Pa·s，降低了91.56%，QNJ-5的表观粘度由488.600 Pa·s降低到67.770 Pa·s，降低了86.13%.对以上数据对比分析可知:在相同的剪切速率下，凝胶剂含量越高表观粘度越大；剪切速率增大时，高凝胶剂含量的QNJ-5凝胶汽油的表观粘度绝对值减小幅度较大，相反，其表观粘度的相对值减小量小于QNJ-4.对不同剪切速率下凝胶汽油表观粘度的数据进行拟合，获得QNJ-4和QNJ-5表观粘度的幂率函数。QNJ-4和QNJ-5凝胶汽油拟合后幂率函数的参数如表2所示。

图3 QNJ-4和QNJ-5表观粘度随剪切速率变化的曲线以及拟合曲线Fig.3 Changing curves and fitting curves of spparent viscosities of QNJ-4 and QNJ-5

表2 QNJ-4和QNJ-5幂率公式拟合参数Tab.2 Power-low fitting parameters of QNJ-4 and QNJ-5

拟合结果表明，凝胶剂含量越高，k越大，n越小。通过拟合公式计算凝胶汽油表观粘度随γ增大的绝对变化量ηa和相对变化量ηr，如下所示:

式中:γ1、γ2表示不同的剪切速率，γ1＜γ2.由（2）式、（3）式可知:幂率型流体表观粘度的绝对值受粘度系数k和流动指数n的影响，其中，粘度系数k的大小对表观粘度绝对值ηa的大小有重要影响，粘度系数k越大，随着剪切速率的增大，表观粘度绝对量变化越大；幂率流体表观粘度的相对变化量ηr仅受流动指数n的影响，流动指数n越大，随着剪切速率的变化，表观粘度的相对量变化越大。与对图3中实测结果的分析一致。

2.2 凝胶剂含量对凝胶汽油双股撞击式雾化流场速度分布的影响

凝胶剂含量越高，凝胶汽油表观粘度越大。凝胶汽油表观粘度的大小对其雾化区域速度场有重要影响。图4为撞击角θ为60°、喷射压力p分别为0.75 MPa和1.25 MPa时QNJ-4和QNJ-5凝胶汽油撞击后雾化区域的速度矢量图。

对图4中QNJ-4和QNJ-5凝胶汽油雾化后的速度矢量图对比分析可知，在相同的喷射压力条件下，QNJ-4撞击雾化后的速度要高于QNJ-5.这是由于QNJ-5凝胶汽油的凝胶剂含量较高，其表观粘度也较高，撞击后QNJ-5的液滴颗粒粘滞力较大，动能损失较大，故而QNJ-5的速度要小于QNJ-4.此外，对单个雾化流场进行分析可知，在雾化区域中速度分布并不是均匀的，撞击点附近的速度较大，随着凝胶汽油液滴颗粒不断向下游运动，其速度不断减小。为揭示液滴速度的变化规律，在图5中给出了中心轴线上液滴速度的变化规律。为准确分析其变化规律，中心轴线上液滴速度vl取雾化区域中心轴线左右各5 mm范围内所有速度的平均值作为该速度值。

由图5可知，凝胶汽油雾化撞击点的位置在y=170 mm附近，雾化区域范围在-191.0～204.5 mm区间内，其中，170.0 mm＜y＜204.5 mm为撞击点的上游区域，-191.0 mm＜y＜170.0 mm为撞击点的下游区域。撞击点位置处凝胶汽油液滴速度vl最大，由撞击点沿中心轴线无论向上游或是向下游发展，液滴速度都会减小:由撞击点向上游发展时，凝胶汽油液滴速度迅速减小，速度变化的梯度很大，这是由于凝胶汽油由喷嘴射出后纵向分速度是向下的，撞击点上游的液滴主要是由凝胶汽油射流撞击产生的，动能较小，速度减小迅速；在撞击点下游，凝胶汽油液滴颗粒沿着中心轴线不断减小，初始阶段速度沿轴线迅速减小，速度梯度较大，随着液滴颗粒不断向下游运动，液滴速度减小速率变得越来越缓慢，速度梯度越来越小，这是由于初始阶段液滴刚离开撞击点，速度较高，导致液滴间相互碰撞频率较高，速度减小较快。另外，此时液滴处于撞击雾化三角形区域顶点附近的狭小空间，增大了液滴间撞击频率，进一步加剧了液滴的动能损失，降低了液滴速度；当运动到流场下游时，液滴颗粒速度较小，液滴间相互撞击频率减小，同时液滴颗粒因空气阻力导致的速度损失减小。另外该区域处于三角形雾化区域的下游，液滴颗粒运动空间充足，进一步减小了液滴的撞击频率，此时速度降低缓慢，速度大小趋于稳定。

图4 撞击角θ=60°时凝胶汽油撞击雾化后的速度矢量图Fig.4 Velocity vector of gelled gasoline for impingement angle θ=60°

图5 撞击角θ=60°时轴线上液滴速度沿轴线的变化曲线Fig.5 Velocity of drops along the axis of atomization area for impinging angle θ=60°

凝胶剂含量不同，凝胶汽油的表观粘度也不同，凝胶剂含量越高，表观粘度也大。对比图5中QNJ-4和QNJ-5凝胶汽油雾化后液滴的速度曲线可知，QNJ-4的液滴速度要高于QNJ-5，这是由于QNJ-4的凝胶剂含量较低，表观粘度较小，撞击过程中粘滞力较小，动能损失也较小，因此其液滴颗粒的速度较大。对比图5（a）、图5（b）可以看出，图5（a）中凝胶汽油颗粒速度变化曲线较平滑，速度波动不大，图5（b）中凝胶汽油颗粒速度波动较大，这是由于在双股撞击雾化过程中，撞击点会产生一系列的不稳定波［10］，这些不稳定波在雾化流场中不断向下游传播。图5（a）的喷射压力为0.50 MPa，该不稳定波能量较弱，对液滴速度影响不明显，图5（b）的喷射压力为1.25 MPa，两股凝胶汽油同时到达撞击点后动能较大，撞击过程更剧烈，由此产生的不稳定波能量较大，对流场区域内液滴颗粒的速度影响较大。对图5（b）中QNJ-4和QNJ-5撞击雾化后液滴的中心轴线速度变化曲线分析可知，QNJ-4的液滴速度波动振幅的平均值大小为8.67 m/s，而QNJ-5的液滴速度振幅为6.08 m/s，二者相差2.59 m/s，这是由于QNJ-5凝胶剂含量较高，表观粘度较大，液滴粘滞力也较大，导致液滴碰撞过程能量损失增大，液滴速度波动振幅减小。

2.3 撞击角对凝胶汽油双股撞击式雾化流场速度分布的影响

撞击角θ越大，凝胶汽油由喷嘴喷出后射流横向分速度（有效撞击速度）越大，因撞击而导致的速度损失也越大。然而，撞击角增大的同时也增大了雾化区域的面积，进而降低了雾化区域内雾滴之间相互撞击的频率，减小了液滴颗粒的能量损失。因此，双股撞击式雾化液滴速度分布受有效撞击速度和撞击区域面积两方面的影响。

图6为喷射压力p为0.75 MPa条件下，撞击角θ分别为60°、75°、90°、105°和120°时QNJ-5凝胶汽油撞击雾化后的液滴速度分布矢量图。由图6分析可知，撞击角越大，凝胶汽油雾化后的液滴速度越小。这是由于随着撞击角的不断增大，凝胶汽油射流的横向分速度（有效撞击速度）越大，雾化过程中因为撞击而导致的速度损失也越大。如图6所示，随着撞击角的不断增大，QNJ-5雾化后的液滴速度分布矢量图中液滴高速度区域面积随之减小，低速区域面积增大，雾化区域内液滴速度分布均匀性越好。这是由于伴随着撞击角的不断增大，雾化区域面积不断增大，凝胶汽油雾化后形成的液滴速度不断减小，导致液滴间相互碰撞的频率降低，同时，由于液滴速度较低，由空气阻力引起的液滴速度损失较小，液滴速度变化梯度减小，雾化流场液滴速度分布均匀性越好。

路过的人，走在铺满枯叶的石板路上，感叹村落不可避免的衰败时，忽然看到一树柿果，在转弯处，那么红，心里会为之一动，宁静又柔软。

图6 喷射压力为0.75 MPa时QNJ-5在不同撞击角条件下雾化区域速度场矢量图Fig.6 Velocity vectors of QNJ-5 at injection pressure of 0.75 MPa and different angles

为了能够准确分析撞击角θ对雾化区域雾滴速度变化的影响，本文定义了核心速度这一概念:雾化区域内，速度大于最高速度90%的所有速度的平均值即为该雾化速度场的核心速度vc.图7反映了不同喷射压力条件下，QNJ-5凝胶汽油的核心速度vc随撞击角θ增大而变化的曲线。如图7所示:θ＜90°时，vc随着θ的增大而减小；θ=105°时，vc有所增大；θ由105°增大至120°时，vc又会减小。对以上结果分析可知，θ＜90°时，随着撞击角的不断增大，雾化过程中凝胶汽油的横向分速度（有效撞击速度）不断增大，撞击过程导致的能量损失增大，撞击后液滴速度较小，同时，由于此时撞击角较小，雾化区域相应较窄小，液滴受雾化区域空间较小的限制，相互间撞击频率较大，导致液滴速度进一步降低。随着θ的不断增大，雾化区域面积不断增大，当θ＞90°时，雾化区域面积较大，雾化后液滴间碰撞频率降低，液滴因碰撞导致的能量损失相应减小，导致此时的核心速度有所增大。θ由105°增大到120°时，雾化区域空间均较大，液滴运动空间较充足，液滴间撞击效应影响不明显，另一方面，由于横向撞击速度不断增大，因撞击导致的损失增大，核心速度再次减小。

图7 QNJ-5液滴核心速度随撞击角的变化曲线Fig.7 Influence of impinging angle on core speed of drops

2.4 喷射压力对凝胶汽油双股撞击式雾化流场速度分布的影响

喷射压力p越大，凝胶汽油经喷嘴喷出后射流速度越大，撞击雾化后流场速度也就越大。图8为不同喷射压力条件下，撞击角θ为60°时QNJ-4凝胶汽油撞击雾化后液滴速度分布矢量图。由图8分析可知，随着喷射压力的增大，凝胶汽油射流速度增大，速度场中雾化核心区域的速度也越大；当喷射压力较高时，凝胶汽油撞击雾化后液滴速度也更大，此时雾化区域内液滴之间的碰撞频率显著增大，由此导致液滴速度损失增大，撞击点下游液滴速度沿坐标的衰减速率越快，速度梯度越大。此外，对图8（a）～图8（d）对比可知，随着喷射压力的增大，雾化区域内速度较高的区域面积逐渐减小，并在中心轴线附近形成一个速度高于两侧速度的纵向速度带，且喷射压力越大，该速度带越狭长。由此可见，雾化区域轴线附近更容易形成二次雾化。

随着喷射压力的增大，凝胶汽油的射流速度不断增大，导致雾化后vc增大。如图9所示，随着喷射压力的不断增大，QNJ-4和QNJ-5凝胶汽油雾化后的vc不断增大。对图9分析可知，当QNJ-4凝胶汽油的喷射压力p分别为0.50 MPa、0.75 MPa、1.00 MPa和1.25 MPa时，经撞击雾化后核心速度vc分别为22.726 m/s、30.433 m/s、35.902 m/s和41.129 m/s，而QNJ-5的喷射压力p分别为0.50 MPa、0.75 MPa、1.00 MPa和1.25 MPa时，经撞击雾化后核心速度vc分别为21.753 m/s、26.965 m/s、31.214 m/s和34.930 m/s.

由以上数据分析可知，vc并不是随着喷射压力p的增大而线性增大，对相邻喷射压力求核心速度vc随喷射压力p变化的平均梯度，如表3所示。喷射压力由0.50 MPa、0.75 MPa、1.00 MPa、1.25 MPa依次增大时，QNJ-4凝胶汽油的核心速度vc随喷射压力p增大的平均梯度依次为:30.828（m/s）/MPa、21.876（m/s）/MPa、20.908（m/s）/MPa；QNJ-5的vc随p增大的平均梯度依次为:20.848（m/s）/MPa、16.996（m/s）/MPa、14.864（m/s）/MPa.如表3所示。

图8 不同喷射压力条件下撞击角为60°时QNJ-4雾化区域速度矢量图Fig.8 Influence of injection pressure on velocity vector of QNJ-4 at impinging angle of 60°

图9 θ=60°时QNJ-4和QNJ-5核心速度随喷射压力变化的曲线Fig.9 Influence of injection pressure on core velocities of QNJ-4 and QNJ-5 at impinging angle of 60°

表3 θ=60°时QNJ-4和QNJ-5核心速度随喷射压力的变化梯度Tab.3 Variation gradients of core speeds of QNJ-4 and QNJ-5 at impact angle of 60°and different injection pressures

由θ=60°时，双股撞击式雾化区域核心速度vc随喷射压力p变化的规律可得:随着p的不断增大，凝胶汽油经喷嘴流出后的射流速度不断增大，导致雾化区域核心速度不断增大；凝胶汽油具有剪切变稀的特性，当喷射压力较低时，凝胶汽油的喷射速度较小，其所受的剪切速率较小，表观粘度较大，此时表观粘度随剪切速率的增大而迅速减小，由此导致液滴颗粒粘滞力减小幅度较大，碰撞过程能量损失也大幅减少，核心速度增大较快，核心速度随喷射压力变化的梯度较大；当喷射压力较高时，凝胶汽油的喷射速度较大，其所受的剪切速率较大，表观粘度较小，因喷射压力增大而引起的液滴颗粒粘滞力变化较小，碰撞过程因粘滞力变化而导致的能量损失变化减小，核心速度增大速率减小。此时由于液滴速度较高，液滴间的碰撞频率增大，进一步阻滞了核心速度的增大，核心速度随喷射压力变化的梯度越来越小。

3 结论

采用旋转式流变仪和粒子图像速度仪对实验室配制的凝胶汽油进行了流变性和双股撞击式雾化特性的实验研究，结果表明:

1）凝胶剂含量越高，凝胶汽油的表观粘度越大，其幂率方程中的粘度系数k越大，流动指数n越小。

2）喷射压力相同条件下，凝胶剂含量越高，凝胶汽油撞击后的雾化速度越低。雾化区域轴线上液滴速度vl在撞击点附近最大，此后沿轴线总体上呈下降趋势。但是，由于撞击点产生的不稳定波影响，液滴速度vl会产生波动，喷射压力越高，凝胶剂含量越低，液滴速度vl波动就会越大。

3）随着撞击角θ的不断增大，凝胶汽油撞击雾化后的液滴核心速度vc呈总体减小的趋势。但是，由于撞击角的不断增大，导致雾化区域空间增大，凝胶汽油液滴颗粒撞击频率降低，在撞击角θ为105°时，核心速度出现暂时增大。

4）随着喷射压力p的不断增大，凝胶汽油双股撞击雾化速度场的核心速度vc不断增大，但核心速度区域面积不断减小。此外，中心轴线处形成的高速液滴速度带随喷射压力的增大而越来越狭窄。

目前的研究表明:剪切速率对凝胶汽油的表观粘度影响较大，喷射雾化之前增大对凝胶汽油的剪切速率，进而降低其表观粘度是提高雾化效果的有效途径之一；当凝胶剂含量较低、喷射压力较大时，雾化区域内液滴速度较大，雾化效果更好，因此，在允许的情况下适当降低凝胶剂含量、增大喷射压力能够提高雾化效果；雾化流场轴线附近液滴颗粒速度较大，较易发生液滴的二次雾化；撞击角越大，雾化区域内液滴速度梯度越小，雾化均匀性越好；适当增大撞击角可提高凝胶汽油的雾化品质。

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Experimental Research on Velocity Field of Impinging Atomization of Gel Gasoline

YANG Jian-lu，WENG Chun-sheng，BAI Qiao-dong，HU Hong-bo
（National Key Laboratory of Transient Physics，Nanjing University of Science and Technology，Nanjing 210094，Jiangsu，China）

Gel gasoline samples of QNJ-4 and QNJ-5 are prepared to investigate the influence of the factors，such as gel content，impinging angle and injection pressure，on velocity field of impingement atomization.The apparent viscosity of gel gasoline is researched by rotational rheometer with cone-and-plate configuration，and the power-low model is used to fit the apparent-viscosity to shear-rate curves of QNJ-4 and QNJ-5.The velocity field of impinging atomization with impinging angles of 60°，75°，90°，105°and 120°and injection pressures of 0.50 MPa，0.75 MPa，1.00 MPa and 1.25 MPa is researched by the particle image velocity（PIV）system.The results indicate that the consistency index k increases with the increase in gel content maintaining while the flow index n decreases at the same time.The velocity of drops，which is produced by impinging atomization of gel gasoline，is decreased with the increase in gel content.The drop velocity on the axis of atomization area becomes smaller and smaller from impingingpoint to downstream，and there is the same fluctuation of the speed which is induced by the circular instable waves generating from the impact point.The core speed of gel gasoline drops is decreased with the increase in impinging angle and the reduce in injection pressure.

ordnance science and technology；gel gasoline；apparent viscosity；impinging atomization；velocity field

V448.15

A

1000-1093（2015）09-1671-09

10.3969/j.issn.1000-1093.2015.09.011

2015-01-15

国家自然科学基金项目（11472138）；国防预先研究基金项目（9140C300202120C30）；中央高校基本科研业务专项（30920130112007）；江苏省研究生科研创新计划项目（KYZZ_0128）

杨建鲁（1987—），男，博士研究生。E-mail:yang.jianlu@163.com；翁春生（1964—），男，教授，博士生导师。E-mail:wengcs@126.com；白桥栋（1979—），男，博士。E-mail:qd_bai@126.com