纹影法在小学科学教学中的应用

空气以及其他一些气体都是无色透明的,肉眼无法看见.在小学科学实验探究过程中,很多的实验现象用肉眼无法直接看到.例如热空气会上升、冷空气会下沉、白醋和小苏打混合产生的二氧化碳比空气重、酒精会挥发为酒精蒸气等.借助纹影法,可以清楚地"看到"不同气体间的对流.借助手机等日常生活中一些较为简单易得的材料,在普通科学教室呈现的纹影实验现象,能帮助学生直观地看到不曾看到过的实验现象,极大提高学生对科学现象的认识和理解,使用效果很好.

冷激波灭火系统中激波对灭火效果和周边环境的影响

为了评估冷激波灭火弹爆炸后形成的激波对灭火效果和周边环境的影响,建立了一套纹影实验装置。通过纹影实验,观察了小尺寸下不同灭火介质爆炸抛撒后激波的形成和传播,并推算了冷激波灭火弹爆炸后油盆边缘附近的波后质点速度。观察发现,水基灭火介质爆炸抛撒后没有形成激波;而粉基灭火介质尽管爆炸抛撒后形成激波,但在油盆边缘附近激波强度较弱,波后质点速度小。与介质抛撒引起的可燃气体介质运动相比,激波对加快可燃气体介质运动的影响可以忽略。最后,通过高速摄影实验验证了激波对灭火效果的影响是可以忽略的。因此,冷激波系统中,激波对灭火效果和周边环境的影响是可以忽略的。

马赫数4二维直管内拟似冲击波实验和数值研究

通过计算流体力学数值仿真和高速彩色纹影照片显示技术对马赫数4拟似冲击波进行研究。实验是在日本室兰工业大学的压力—真空型超声速风洞中进行的。数值计算是采用三阶精度的QUICK格式和SpalartAllmaras湍流模型进行的。用实验验证CFD模型,计算结果与实验显示出较好的一致性。可以得出结论,从目前的CFD模型获得的计算结果是精确的。因而,实验很难获得的拟似冲击波流场内部一些流动量可以通过数值仿真结果进行分析。另外,推测了马赫数4拟似冲击波非对称的原因。

辅助点火对激光推进LSD的影响

利用纳秒分幅高速相机研究了不同辅助点火条件下CO2激光击穿空气后的流场波系结构，获得了波系演化的时序纹影照片，分析得到了点火后的爆轰波（laser supported detonation wave，LSD）速度变化规律。结果表明：存在辅助点火试件时的LSD速度均大于无诱导时的情况；LSD速度与辅助点火试件的材料、结构以及位于焦点前的位置有关。实验中辅助点火试件的存在能够降低空气的击穿阈值，使空气在辅助点火试件表面诱导点火。不同辅助点火试件构型对激光推进LSD速度的影响规律表明，使用平面诱导材料有利于提高LSD速度，为激光推力器喷管构型设计提供依据。

冷激波灭火系统中激波对扑灭油盆火焰影响的研究

为了研究冷激波灭火弹爆炸后形成的激波对扑灭油盆火焰的影响,首先采用纹影实验装置,观察小尺寸下不同灭火介质爆炸抛洒后的激波现象和激波强度;然后采用数值模拟的方法,模拟弱激波在气/液界面处的传播情况;最后采用高速摄影机拍摄冷激波灭火系统扑灭油盆火的实验过程,并对比分析各张图片同等位置处高色阶随时间的变化情况。通过实验发现,灭火介质爆炸抛洒后能形成激波,但激波强度较弱;当弱激波通过气/液界面时,液面上方会形成马赫反射,液面出现扰动,激波强度随距离的增加而不断衰减;前期高色阶百分比的变化弱于后期色阶百分比的变化。因此在比药量较小的冷激波灭火系统中,激波对扑灭油盆火焰的影响弱于介质抛洒。

Flame Spread over Aviation Kerosene with an Obstacle in Liquid Phase

The phenomena of flame spread over aviation kerosene with an obstacle in liquid phase are investigated experimentally through surface temperature measurement by using infrared camera,schlieren images of subsurface flow in front of and behind obstacle and residence time of flame obtained from video recording.Experimental results reveal that obstacle has no effect on gas phase controlled flame spread.But for liquid phase controlled flame spread,flame can be stopped by an obstacle with its top edge flush with oil surface,and the residence time decreases with the increase of initial temperature of fuel.That conduction and radiation only play a subsidiary role in flame spread over liquid fuel was proved by schlieren images and surface temperature profiles.