摘要
介绍了对水下超声速气体射流的力学机制的实验研究.在自行设计研制的实验系统里,高压空气通过缩放喷嘴(拉伐尔)喷入一个3维水槽中.射流在不同的工况下运行,即过膨胀、适配和欠膨胀状态.用一台CCD摄像机,对射流流场进行了可视化.实验发现,超声速气体射流在水中的喷射,总是伴随着很强的流体振荡,而这种振荡与射流气相介质中的激波反馈现象有关.对射流压力场进行了详细的测量,证实了气相介质中的激波反馈现象.但是,这里讲的激波反馈不同于超声速气体射流在开放大气空间中释放时的声学反馈(声学反馈引起尖锐刺耳的声调).它是这样一个过程:封闭在射流气袋中的激波引起射流内部的大幅度的、周期性的压力脉动;然后,压力脉动引起射流振荡,包括大幅度气体膨胀现象的出现.为了验证这种激波反馈现象,我们对流场进行了详细的压力测量.设计了三种压力测量装置,即浸没在水中的压力探头;在喷管装置侧壁上的压力测量;在喷管装置前壁上的压力测量.实现了对喷嘴下游、喷嘴附近以及喷嘴上游的压力测量,而且各压力测量结果体现了很好的一致性.研究表明,射流的每一次振荡,都引起一次压力的突然增加,激波反馈的平均频率为5～10Hz.
基金
国家自然科学基金(批准号:10672144)
浙江省自然科学基金(编号:Y107073)
中国科学院"百人计划"基金资助项目
