水下超声速气体射流回击现象的实验研究

对水下超声速气体射流的动力学行为进行了实验研究．通过流动可视化揭示了回击现象的演化过程,利用探针排获得了射流近场区的脉动压力分布,实验结果表明:在超声速喷管出口两倍直径处,射流形貌的变化导致气体中出现了大幅值压力脉冲．通过流场可视化与压力测量的同步校验,证实了喷口端面处回击事件与流场气相区中压力脉动之间相关性．

水下超声速气体射流的初始流动特性研究

为研究水下发射过程中高温高压火药燃气喷射进入液相水过程的流体形态变化与流动特性,采用Mixture多相流模型与蒸发与凝结模型建立了二维轴对称水下超声速气体射流的数值计算模型并进行了相关的数值模拟,得到水下超声速气体射流的初始流动结构。数值结果表明,超声速气体与水介质的强撞击会在气液界面上形成一个强压缩区,且连续撞击形成的压力波反传,使喷管出口射流核心区流场出现周期性脉动。因气液界面上的强剪切作用,而在气液混合区内形成复杂的小激波结构,小激波结构的出现加速了气液界面的失稳,从而促进了气液掺混效应。另外,在气泡内会形成典型的欠膨胀射流结构,因而气泡内的流动特征与单相超声速气体射流情况类似。

水下超声速气体射流线性稳定性研究

水下超声速气体射流稳定性是水下推进、水下焊接技术研究的焦点领域。通过建立线化小扰动气液混合流体控制方程,开展水下超声速气体射流线性稳定性研究。控制方程的形式表明,射流基本流分布(速度与浓度分布)、雷诺数、相对密度、相对粘度能够影响水下超声速气体射流稳定性。使用Chebyshev配置点法对控制方程进行求解。计算结果表明,射流基本流分布以及相对密度是影响射流稳定性的主要因素。射流基本流分布越平缓,射流最大扰动增长率越小;相对密度越小,即气液密度差越小,射流最大扰动增长率越小。随雷诺数增大,射流最大扰动增长率先减小后增大,当雷诺数>105时,射流最大扰动增长率趋于常数。对不同相对粘度,射流扰动增长率-特征波数曲线高度重合。同时分析了射流不同截面的稳定性特征,计算结果表明,随射流截面与喷管出口距离的增加,最大扰动增长率减小。

水下超声速气体射流的力学机制研究

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.

水下超声速气体向上喷射时的动量射流特性研究

针对水下垂直向上喷射的气体射流在潜射导弹破水发射装置(WPML)中的应用,对其气体射流的基础理论及关键技术进行了实验研究。实验得出气体射流时动量射流段的射流直径是以近线性速率增大的结论,并分析了动量射流长度与斯特鲁哈数之间的某种相关性。结果指出,随着射流出口速度的增加,可以减小斯特鲁哈数,射流的周期不稳定性明显减弱,得到稳定且长度较长的射流,对WPML的设计和应用具有参考作用。