内容简介

雾化是目前很多工业生产和生活中的重要现象和过程，同时也是航天动力装置工作过程中出现的重要现象。在航天动力装置中，液体火箭发动机、固液混合发动机、冲压发动机等在工作过程中存在推进剂的雾化现象，其对动力装置的性能具有重要影响。理解和掌握雾化相关知识对航天发动机设计人员具有重要的帮助。

本书由美国航空航天协会（AIAA）推进剂和燃烧奖的第一位获得者普渡大学的 Arthur H. Lefebvre 教授和加利福尼亚大学欧文分校（UCI）燃烧实验室的副主任 Vincent G. McDonell 教授共同撰写，结合作者多年的科学研究及雾化领域的最新研究成果编写而成，实践性及与工程结合度比较高。本书从第 1 版出版到现在已经有 30 余年了，在业界备受欢迎，具有广泛影响力。本书（第 2 版）主要讲解了喷嘴的类型及其应用、液滴破碎机理、雾化性能表征参数、雾化测量方法、液滴蒸发及喷嘴设计要求及基本方法等内容，可以供液体火箭发动机、冲压发动机、航空发动机等领域的喷嘴设计、雾化燃烧研究人员及技术人员阅读，也可供高年级本科生、研究生阅读。

本书由西北工业大学航天学院的魏祥庚、朱韶华、何国强、秦飞翻译。翻译过程中得到了团队人员的协助，如赵骁、谢远、赵志新、李玲玉、崔巍、周之瑶、魏宇祺、王白岩、赵雅淳、董泽洹等。感谢国防工业出版社引进本书并在翻译过程中提供帮助，以及装备科技译著出版基金资助出版。本书在翻译过程中获得了西安航天动力研究所的周立新研究员、上海空间推进研究所的洪鑫研究员的大力支持，以及中国科学院工程热物理研究所等单位一些专家学者的支持，在此一并表示感谢。

本书译者在翻译过程中付出了大量努力，在专业术语、译文表述等方面进行了反复斟酌，并向有关人员进行请教，但由于译者水平有限，书中难免出现不当之处，恳请读者批评指正。

译者
2024 年 5 月

目录

目录
第 1 章 绪论
1.1 引言
1.2 雾化
1.3 喷嘴
1.3.1 压力喷嘴
1.3.2 旋转喷嘴
1.3.3 空气辅助喷嘴
1.3.4 喷气喷嘴
1.3.5 其他类型喷嘴
1.4 喷雾的影响因素
1.4.1 液体的物理性质
1.4.2 环境因素
1.5 雾化特性
1.6 应用
1.7 名词术语
参考文献
第 2 章 雾化的基本过程
2.1 引言
2.2 静态液滴的形成
2.3 液滴的破碎
2.3.1 液滴在稳定气流中的破碎
2.3.2 液滴在湍流区中的破碎
2.3.3 液滴在黏性流体中的破碎
2.4 液体射流的破碎
2.4.1 射流速度分布的影响
2.4.2 稳度曲线
2.5 液柱的破碎
2.6 即时雾化
2.7 小结
2.8 变量说明
参考文献
第 3 章 喷雾的液滴直径分布
3.1 引言
3.2 液滴直径分布的图形表示
3.3 数学分布函数
3.3.1 正态分布
3.3.2 对数正态分布
3.3.3 对数双曲线分布
3.4 经验分布函数
3.4.1 Nukiyama - Tanasawa 分布
3.4.2 Rosin - Rammler 分布
3.4.3 Rosin - Rammler 修正分布
3.4.4 上限分布
3.4.5 小结
3.5 平均直径
3.6 特征直径
3.7 液滴尺寸的散布
3.7.1 液滴均匀度指数
3.7.2 相对跨度因子
3.7.3 散布指数
3.7.4 发散边界
3.8 重要尺寸和速度分布
3.9 小结
3.10 变量说明
参考文献
第 4 章 喷嘴的性能要求和基本设计特点
4.1 引言
4.2 喷嘴的技术要求

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前言/序言

第 2 版前言

由于从第 1 版开始作者就尝试收集和整理喷雾研究领域的重要研究成果，并且这是一项非常具有挑战性的工作，因此，本书的第 2 版至今才出版。本书的主题始终联系实际，在物理理论方法方面的内容主要是 Arthur H. Lefebvre 在工作实践中获得的。实际上，他作为雾化和喷雾技术的工程师或实践者，采用简单易用的设计工具，开发硬件，获得喷雾行为的特定属性是非常有用的。在过去的至少 25 年里，虽然雾化和喷雾领域有了显著的研究进展，但是在第 1 版中描述的指导性原则仍然保留在第 2 版中。仅仅报告观察结果、新方法，甚至分析方法的工作，由于没有提炼成易于应用的形式，因此就没有在本书中重点介绍。虽然这些研究可能为新模型或设计工具发展提供前进路径，但重点仍是放在新模型或新工具上。对于工具来说，需优先给出顺利使用它们的所有必要信息。虽然现在可以通过测量和模拟获得关于喷雾性能的详细信息，但仍要认识到，这些信息是达到创新、发展和改进雾化技术这一目的的手段。

虽然在第 1 版的创作时期，Arthur H. Lefebvre 在雾化和喷雾领域几乎没有同行，但现在已经不同，众多研究人员和开发人员已活跃在这个领域。作为这一领域众多研究人员中的一员，我仍然对完成从世界各地汇编最新信息并尽量以简单的方式将其纳入第 1 版所确立的框架的任务感到诚惶诚恐。毫无疑问，一些优秀的工作被忽视了，对于那些贡献者，我只能道声抱歉了。

我很荣幸也很高兴认识 Arthur H. Lefebvre，并在美国机械工程师协会、美国航空航天协会和液体雾化和喷雾系统研究所（ILASS）的会议上同他交流。每年冬天，他都会在 Irvine 花费几周时间，在 Scott Samuelsen 和 Don Bahr 的帮助下，开设 “燃气轮机燃烧” 课程。他很珍惜在 UCI 燃烧实验室与学生见面的时光，并就研究方向和分析提出许多好的建议。通过相处，我能够更好地了解他，并很欣赏他对工程、燃烧、雾化和喷雾所提出的观点。

就第 2 版而言，有几点内容值得一提。首先，应用到本书的设计工具中的液体特性的重要性怎么强调都不为过，因此对第 1 版第 1 章做出了许多修改。此外，由于很多有关内部流动和喷雾基本原理的新的研究工作已经完成，因此，本书第 2 章增加了大量的新内容。

虽然在改进与描述液滴尺寸和尺寸分布相关的细节和微妙之处进行了努力，但本书描述这些内容的基本方法仍然与第 1 版基本相同。不同的是通过现成的回归分析工具快速确定系数和常数的能力。此外，本书还描述了各种分布（计数、表面积、体积）的统计差异性，以便从这些分布中提取典型的统计矩，如标准差、偏态等。第 3 章包含了这些信息。

就喷嘴类型而言，其在一般分类方法上变化不大。虽然一些有趣的概念已经更新，但是基于压力或双流体的方法仍然被广泛使用。静电和超声波设备持续得到利用。因此，本书第 4 章仍然与第 1 版类似，但增加了先进制造方法。

近年来随着新的诊断方法和模拟技术的发展，喷嘴的内部流动研究取得了重大进展。因此，第 5 章描述了有关在雾化性能中气蚀起关键作用的更多细节。

液滴大小和形态仍然是喷雾性能的关键参数。因此，第 6 章和第 7 章提供了描述这些参数的设计工具的详细信息。其中，出现在许多应用中的关于横流射流现象的研究取得了很大进展。

对于燃烧应用，蒸发仍然是一个关键步骤。尽管现在有了其他发展，但第 1 版中的相关内容仍然是密切相关的。但对于实际燃烧环境中复杂湍流喷雾的应用，和早期工作相关的一些简化，仍然在设计工作中非常适用。

最后，第 9 章专门讨论测试设备，并对模拟进行了一些说明。实验测量和模拟相结合的研究方法已经被证实是提供最佳研究的方法。

我要感谢整个不断发展的喷雾行业，特别是世界各地的液体雾化和喷雾系统研究所（ILASS）。ILASS 的倡议和建立源于受本书第 1 版鼓舞的一批人，它是一个将喷雾研究工作聚集的重要论坛。同样感谢《雾化与喷雾》杂志及时提供了这一单一领域内重要的喷雾研究进展内容。当然，很多期刊都做过相关的工作，但一般都是关于应用驱动和聚焦方面的，其在众多的资源中发现了许多新的诊断方法和仿真方法。

数十年来，我与 Mel Roquemore、Hukam Mongia、Don Bahi、Lee Dodge、Will Bachalo、Mike Houser、Chris Edwards、Bill Sowa、Ibm Jackson、Barry Kiel、Rolf Reitz、Roger Rudoff、Greg Smallwood、Michael Benjamin、Masayuki Adachi、Yannis Hardapulas、Alex Taylor、Chuck Lippz、Scott Parrish、Randy McKinney、Doug Talley、Dom Santavicca、Jon Guen Leeze May Corn、Jeff Cohen、Corinne Lengsfeld、Norman Chigiei、Jiro Senda、Paul Sojkaz Marcus Herrmann、David Schmid