激波冲击下液滴的雾化特性研究

液滴与激波之间的相互作用存在于旋转爆轰发动机、推进技术和云雾爆轰等应用中.本文目的是探究液滴与激波相互作用时其行为和演变特征,建立可靠的数值计算模型并分析液滴的变形和雾化机理.利用激波管生成不同马赫数的激波冲击液滴并采用高速摄影相机拍摄液滴的演变特征.基于VOF模型和自适应网格技术建立了数值计算模型,将数值计算的结果与实验结果对比验证了数值计算模型的正确性.实验结果表明,在激波作用下,液滴先后经历了变形阶段和雾化阶段.马赫数的增加会显著加快液滴变形和雾化的过程.数值计算结果表明,激波后的诱导气流在液滴表面存在边界层分离现象.边界层分离导致了液滴表面压力分布不均,致使液滴变形和压缩.液滴剥离则是液滴侧面的气流和背风面的驻涡流动对液滴表面的剪切作用共同造成的.

水雾对爆炸冲击波衰减效应的实验研究

为了探究水雾特性与爆炸载荷衰减效果之间的关系,在爆炸驱动的激波管内两种不同特性的水雾环境下进行了不同强度的爆炸实验,并评估了两种水雾对爆炸冲击波超压和比冲量的衰减效果。实验结果表明:喷雾区域内的压力分为两个上升阶段,第一个阶段为透射冲击波的压力,第二个阶段为液滴二次雾化和弛豫过程导致的压力上升;冲击波掠过的喷雾区域越长,水雾对压力峰值和比冲量的衰减效果越好;冲击波强度的增加将削弱水雾对爆炸载荷的衰减效果;Sauter平均直径为136.04μm、体积分数为1.72×10^(-3)的水雾使压力峰值衰减了34.2%~60.9%,使比冲量衰减了9%到54%;Sauter平均直径为255.34μm、体积分数为3.43×10^(-3)的水雾使压力峰值衰减了48.4%~78.6%,使比冲量衰减了14%~66%;冲击波压力峰值的衰减率随着冲击波-雾滴之间的比例交换面积增加而线性减少。