边界形状对4股燃气射流扩展稳定性影响的数值模拟

为研究提高整装式液体发射药火炮燃烧稳定性的方法,从充液室结构出发,分析了冷态条件下边界形状对4股燃气射流扩展稳定性的影响。采用高速数字摄像系统,记录了4股燃气射流在5级圆柱渐扩型观察室中扩展过程。在此基础上,建立了气体与液体相互作用的三维非稳态数理模型,模拟了4股燃气射流在5级圆柱渐扩型、圆锥型和圆柱型观察室中扩展过程,获得了射流场三维两相分布图、压力和温度分布图。研究结果表明:4股燃气射流在5级圆柱渐扩型观察室中轴向位移的模拟值与实验结果较吻合;圆柱渐扩型和圆锥型观察室都可以增强燃气射流的径向扩展,有效抑制Taylor空腔与Helmholtz不稳定效应的正反馈机制;圆柱渐扩型由于台阶逐渐诱导作用,近喷孔处温度场无剧烈脉动,射流扩展更加稳定。

四股燃气射流在整装式液体中扩展特性的实验研究

为了探索控制整装式液体发射药火炮燃烧稳定性的方法,设计了多结构的圆柱及圆柱渐扩型观察室,利用高速数字录像系统记录了四股燃气射流的扩展过程,通过处理射流扩展过程的序列图,得到不同时刻燃气射流头部的平均轴向位移,对比了采用不同渐扩比的A型、B型和G型观察室以及在A型观察室中不同喷孔压力、喷孔直径、喷孔中心间距等参数对四股燃气射流在液体工质中扩展特性的影响。实验结果表明:多级渐扩型结构能够通过台阶的诱导作用,增强射流径向扰动,当渐扩比(ΔD/L)从0.3增加到0.6,射流轴向位移减小了10.8%;随着喷孔压力增大,气体射流强度增大,喷孔压力从9.18MPa增大到15.30MPa,t=4ms射流轴向位移增加了20.9%;当喷孔直径从1.4mm增大到2.0mm时,轴向位移较快,气液掺混较剧烈,t=5ms射流轴向位移增加了24.1%;增大喷孔中心间距,可以使径向扩展更加充分,减慢轴向扩展,当喷孔间距从16mm增大20mm时,t=5ms射流轴向位移减小了20.6%。