基于按需滴加技术制备的JP-10基纳米流体单分散液滴的生成特性与调控机制

《Nanomaterials》：Generation Characteristics and Regulation Mechanisms of Monodisperse Droplets of JP-10-Based Nanofluids via Drop-on-Demand Technology

　　

摘要

JP-10是一种用于先进航空航天推进系统的高密度碳氢燃料。通过掺杂铝纳米颗粒来制备纳米流体燃料，是提升其能量密度和燃烧性能的一种有前景的方法，但目前这类多相燃料的液滴形成机制仍不甚明了，这阻碍了单液滴燃烧研究以及雾化系统的优化。本研究构建了一种压电按需滴液装置，该装置结合了相位多普勒测速技术和高速度成像技术，可用于生成单分散液滴。我们使用了铝质量分数分别为0.1 wt.％、0.5 wt.％和1.0 wt.％的Al/JP-10/OA纳米流体，系统地研究了液体流速、驱动频率以及颗粒浓度对液滴大小、尺寸均匀性以及喷射速度的影响。在实验中，液体流速为1.1–1.5 mL/min，驱动频率为10–50 kHz，测得的液滴直径在241.04 μm到292.26 μm之间，喷射速度则在1.65 m/s到2.45 m/s之间。实验结果表明，液滴平均直径随流速的增加而线性增大，而随驱动频率的增加则呈单调递减趋势。与0.1 wt.％的纳米流体相比，1.0 wt.％的纳米流体产生的液滴直径大了4.4%，喷射速度则低了12.1％；而0.1 wt.％的样本仍保持着优异的单分散性，其尺寸标准差低于0.098。此外，本研究还进一步阐明了涉及粘度变化、剪切变稀流变特性以及颗粒聚集作用的多尺度调控机制。这些研究成果为纳米流体航空燃料的雾化设计提供了重要的数据支持和理论依据。