向上单喷嘴喷雾：闪蒸压力下方向条件滤波的液滴数量、尺寸和速度

《European Journal of Mechanics - B/Fluids》：Upward single-nozzle sprays: Droplet count, size, and velocity under flash pressures with directional conditional filtering

　　

本研究探讨了压力变化对向上雾化全锥喷雾中液滴特性（计数、尺寸）和动力学（速度）的影响。理解喷雾闪蒸脱盐系统中液滴基本行为的挑战进一步要求探索诸如方向条件滤波（Directional Conditional Filtering, DCF）等方法，以更好地解析液滴行为。方向滤波将向上运动的液滴（由动量驱动）与向下运动的液滴（由重力夹带）区分开来，从而考虑了不同的停留时间（向下落落的液滴具有更长的历史）。研究人员将粒子图像测速（Particle Image Velocimetry, PIV）和阴影法（Shadowgraph）应用于75°全锥喷嘴，流量为1.75 L/min。研究人员在两种闪蒸环境（-0.50 bar表压和-0.75 bar表压）下进行了大涡模拟（Large Eddy Simulations, LES），并与大气压（1.01 bar绝压）喷雾进行了比较。首先，在未经条件滤波的液滴（原始数据）中，液滴数量随喷雾室压力降低而显著增加，在-0.75 bar表压室压下观察到最高计数；这归因于与较大压差相关的增强闪蒸诱导雾化和二次破碎。沿喷雾中心线，在Y=0.1、0.2、0.3和0.4 m的下游位置，-0.75 bar表压下未滤波液滴计数相对于-0.5 bar表压室压分别增加了17.26%、10.61%、7.43%和6.40%。与大气压喷雾相比，-0.75 bar表压下的计数也显著更大，在相同位置分别增加了57.92%、73.06%、73.05%和78.17%。其次，关于液滴尺寸，相对于大气压环境中的未滤波液滴尺寸，在压力降低时液滴尺寸显著减小，反映了增强的雾化和闪蒸辅助破碎。在-0.50 bar表压下，向上滤波液滴尺寸相对于1.01 bar下的未滤波液滴尺寸减小了21.3%，而在-0.75 bar表压下减小了30.55%。对于向下滤波液滴尺寸，与1.01 bar下的未滤波液滴尺寸相比，在-0.50 bar表压下减小了23.74%，在-0.75 bar表压下减小了29.92%。第三，相对于1.01 bar室压下的未滤波液滴速度，较低压力下向上液滴速度增加。与1.01 bar下的未滤波液滴速度相比，初始向上滤波液滴速度在-0.50 bar表压下上升了高达32%，在-0.75 bar表压下上升了54%。向上滤波液滴在喷雾核心附近保持了较高的正速度，而向下滤波液滴在真空下表现出更强的负速度，表明重力再循环加剧。结果表明，闪蒸压力和条件滤波强烈影响结果的解释，从而影响液滴计数、尺寸和速度。

论文解读：

闪蒸蒸发（flash evaporation）因快速减压至饱和压力以下而引发，广泛应用于水脱盐、化学处理、蒸汽发生、航天器热管理及燃料喷射系统等领域。传统热脱盐能耗约80–120 kWh/m3，而低压闪蒸和喷雾