ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA >
Comparative analysis on spray characteristics of three pressure nozzles in high-speed crossflow
Received date: 2025-07-11
Revised date: 2025-08-20
Accepted date: 2025-11-19
Online published: 2025-12-08
Supported by
National Natural Science Foundation of China(52306052);AECC Innovation Funds(ZZCX-2023-033)
This study presents a systematic investigation into the transverse spray dispersion characteristics of three pressure nozzles， a self-excited sweeping nozzle， a plain-orifice nozzle， and a hollow-cone swirl nozzle， under high-speed crossflow conditions at Mach number 0.4. Initial characterization of their fundamental atomization performance was conducted in quiescent air， followed by spray field visualization in high-speed flow using planar laser Mie scattering imaging to quantify transient spray structures and time-averaged droplet concentration distributions. The results show that the self-excited sweeping nozzle demonstrated intermediate atomization performance between plain-orifice nozzle and hollow-cone swirl nozzle in quiescent environment. In high-speed crossflow， however， the self-excited sweeping nozzle achieves a 67% greater maximum penetration depth than the swirl nozzle and reaches 79% of that of the plain-orifice nozzle， and its spanwise spread distance matches the swirl nozzle， both 150% exceeding the plain-orifice nozzle. Assuming a rectangular spray distribution area， the total coverage area of the self-excited sweeping nozzle is 1.67 times that of the swirl nozzle and 2.17 times that of the plain-orifice nozzle. Moreover， the high-concentration droplet regions in both the central and lateral cross-sections of the self-excited sweeping nozzle are significantly larger than those of the other two nozzles， demonstrating superior spray uniformity. This study preliminarily confirms the unique advantages of the self-excited sweeping nozzle in enhancing spanwise diffusion， total spray coverage， and distribution uniformity in high-speed airflow environments. These findings provide a novel technical solution for liquid injection applications under high-speed airflow conditions such as scramjet/afterburner combustors and jet precooling systems.
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