准二维水下超声速垂直过膨胀射流研究

阐述了水下超声速气体垂直过膨胀射流的准二维实验研究和射流的数值计算结果。利用高速摄影仪在1000帧/s的拍摄速度下实时记录了过膨胀工况下水下垂直射流的喷射状态,清晰显示了水下气体垂直射流的演化过程;并利用专业软件FLUENT,对实验Laval喷嘴内外纯气相流场进行了数值计算,发现喷口附近存在复杂激波区,辅助分析了水下高速气体垂直射流的动态不稳定性形貌。实验与计算表明:在保持较小射流流量和保障较大马赫数的条件下,水下超声速垂直射流在水环境中引发的回击频率会得到减弱;准回击现象的发现证实了这一结论。这对于工程应用中的风口材料的'空蚀效应'的减弱提供了理论依据。

高速欠膨胀射流结构及推力特征研究

为了研究水下发动机不同工作状态射流结构变化及原因,利用轴对称及VOF模型对水下发动机射流进行仿真,研究发现高马赫数、欠膨胀状态下射流发生"准回击"现象;与具有四个典型过程的过膨胀状态下的射流结构相对比,发现高度欠膨胀下,射流的激波结构阻断了断裂与回击使得回流无法到达壁面完成回击;发动机推力因"准回击"现象骤变,因在激波及膨胀气体共同作用下回击力度受限无法到达壁面而被来流气体带往下游;对长时间射流流场结构研究发现,高度欠膨胀下的射流边界为成一定角度的倾斜直线。