基于薄填充床模型的射流折射现象研究

摘 要 本文主要研究了射流冲击斜置网面后因下游射流路径发生改变所产生的射流折射现象。在研究中网面被看成一个薄填充床，利用法向压降、切向阻力求出了两个恢复系数并表示出了折射程度的特征量—偏折角。将实验探究与Fluent仿真分析相结合，通过控制流速、射流直径、网面倾角与目数等参数得到了射流折射现象随这些参数变化的规律。结果表明：筛网倾角和目数对偏折现象的影响最明显，目数较高或网面孔隙率较小时还会发生贴网流动和内偏折现象。

关键词 射流折射;多孔介质;薄填充床;穿网压降;速度恢复系数

第36届国际青年物理学家竞赛（IYPT）中提出了这样一个问题：一束垂直射流通过带有细网的斜筛时，会发生折射。总结提出这类折射的规律并研究相关参数。研究流体通过网面时的流动状态与动力学分析是一个非常有意义的课题[1-7]。流体以射流的形式冲击网面时，对其流动状态变化的研究在聚结器滤芯、过滤器、液体燃料雾化[8]等方面有着极为广泛的应用。例如航天器推进剂储存罐中通常利用网面在微重力环境下的液体燃料留存特性[9]实现发动机二次点火，这些特点在姿态调整、火箭回收方面有着广阔的应用前景。

以往的研究多集中在射流对网面的冲击上，人们大多关注射流冲击带来的压降[10]以及下游射流的速度、直径与上游相比的变化[9]等，对冲击后下游流体路径变化的探索很少。特别是当射流与网面呈一定夹角入射时，下游射流的流动方向会发生偏折，即射流的路径因斜置网面发生了改变，就好像发生了“折射”一样。在研究射流与网面作用中对筛网几何特征的描述至关重要，编织网可以被当作一种特殊的多孔介质来描述，而采用填充床模型来描述多孔介质最为常见[10]。本文主要基于薄填充床模型研究了流体冲击斜置筛网产生的压降，并借助动量方程分别得出了流体沿网面的法向与切向速度恢复系数，最终用偏折角度来描述射流折射这一现象并讨论了各个参数对该现象的影响。