本文以水煤浆气化技术为研究背景,以液体雾化和界面不稳定性的相关理论为基础,运用高速摄像机、激光粒度分析仪和图像处理技术等研究了牛顿流体与水煤浆的破裂形态与机理。具体内容可归纳如下：1.以水和空气为介质,研究了气流式同轴喷嘴的尺寸对初次雾化的影响。发现了不同喷嘴液气出口面积比条件下,同轴环形气流作用下圆射流破裂模式的临界We数的变化规律,并比较了同轴环形气流作用下的圆射流与横向气流作用下的圆射流、二次雾化的相似性。中心气流作用下的环形液膜破裂模式可以分为：壳状模式、细胞状模式和拉丝模式,分析了不同破裂模式的破裂特点、边界条件及产生机理。分别获得了圆射流与环形液膜的破裂模式图。2.研究了二次雾化中袋子结构的个数与液滴尺度上的R-T不稳定波数的相关性。目前的二次雾化的模式划分依赖于其破裂形态,提出以R-T不稳定波数取We数作为二次雾化模式划分的新判据,得到了不同破裂模式相应的边界条件和预测公式。依据相同的破裂机理,将袋状破裂、袋状-雄蕊破裂和双重袋状破裂统称为广义袋状破裂模式。以R-T不稳定性理论为基础预测了不同Oh数液滴临界破裂We数的公式。分析了不同粘度液滴袋状破裂模式的液滴最大变形、大碎片的数目与直径的变化规律。发现环结构破裂后产生的碎片符合单参数伽玛分布,液滴所有碎片的数量分布为指数分布。同时,还研究了袋状-雄蕊破裂模式出现的边界条件及相关的液滴变形与破裂特性的变化规律。3.根据水煤浆的流变特性,提出了非牛顿流体雾化中涉及的无因次参数。考察了同轴环形气流条件下水煤浆液柱的破裂模式,发现有雷利破裂、拉丝破裂和雾化模式,并且分析了水煤浆的雾化与牛顿流体的差异,分别获得了破裂长度与振荡频率的关联式。研究了二次雾化中水煤浆液滴的破裂形态,发现有变形、多模式破裂(细分为穿孔破裂和拉伸破裂)和剪切破裂等模式,并得到了水煤浆二次雾化的破裂模式图。发现在粘度相同的条件下,水煤浆二次雾化的无因次破裂时间比牛顿流体小4.使用激光粒度分析仪,分别研究了气流式同轴双通道喷嘴与三通道喷嘴水煤浆的雾化粒径特性,主要分析了不同通道流体速度对水煤浆雾化粒径的影响。以水作为参照,发现水煤浆的雾化粒径对气流速度的变化更加敏感,而液体速度对水煤浆雾化的影响不如水显著。同时,使用高速摄像机拍摄了雾化照片来进行对比分析,发现同轴双通道喷嘴高粘度的水煤浆破裂会产生大尺寸的不规则碎片,从而使的其雾化粒径大大增加,大尺寸不规则碎片也会使激光粒度分析仪的测量值偏小。
