激波驱动下固体颗粒抛撒的实验研究

本文使用阴影照相技术、高速摄像技术及压力测试手段,实验记录和研究了激波与固体颗粒群的作用及激波作用后固体颗粒群的抛撒和云团的形成过程.结果表明:在激波与固体颗粒群作用过程中,存在着清晰的激波透射、反射及绕射现象,同时激波强度在作用后有明显的下降趋势;在固体颗粒抛撒及云团形成过程中,实验发现对同一粒径的颗粒抛撒来说,抛撒的颗粒群质量越大,云团形成的均匀性及稳定性越好,而对不同粒径的颗粒群来说,粒径越大,形成的云.团集中性越强.     

激波作用下液体喷射雾化的实验研究

液体在气流作用下的喷射抛撒过程是流体力学研究中令人感兴趣的重要领域,笔者采用改进后的激波管实现了激波作用下液体的喷射抛撒,并通过阴影照相和激光散射法分别对液体的抛撒状态和抛撒液滴的直径进行了测量,研究表明,在喷射过程中,流场中固定位置所测得的液滴Ｓａｒｔｅｒ平均直径随时间的发展而逐渐减小,在开始时时刻液滴直三小较快而最终渐趋平缓;在对不同抛撒距离雾化场的测量中发现,没位置测得的颗粒最大直 隧测得位     

在轴向气流作用下液体轴对称抛撒的近场研究

在轴向气流作用下液体轴对称抛撒的研究,是以飞行物体在运动状态下向大气抛撒液体燃料所导致的破碎和雾化为背景的。为了研究在轴向气流作用下液体轴对称抛撒所产生的雾场特性,本文提出了一种新的组合型实验设备。该设备由两台激波管、一套电子同步控制系统组成,可以观察在轴向气流作用下液体轴对称抛撒、破碎和雾化的过程。通过在此设备上的一系列实验,获得了在不同压力和不同气流速度下液体轴对称抛撒的近场纹影照片。通过对照片的研究发现,液体轴对称抛撒具有两个明显的阶段:液核生长阶段和液核稳定阶段。另外近场云雾区轮廓有明显的转折点,此转折点即为液核发生首次破碎的位置。进一步分析表明,轴向气流能促使液体轴对称抛撒首次破碎发生的时间缩短。     

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。     

激波诱导气流与液幕、液柱相互作用的实验研究

利用激波管对激波诱导气流与液幕、液柱的相互作用进行了实验研究。通过比较发现,这种相互作用下的液体块变形破碎过程与以往对于液滴进行的研究结果很不相同。当激波与液幕相互作用时,阴影照片和直接照相都表明,液幕的变形破碎行为有很强的三维性,较之液滴的变形破坏机理更为复杂,并且在局部区域,初始时刻液幕破碎抛撒的速度相较激波诱导气流速度为快,本文应用一维变截面激波管理论对这一现象进行了理论分析。     

在轴向气流作用下液体轴对称抛撒二次破碎的实验研究

液体轴对称抛撒的实验研究是以云雾爆轰武器的研制为背景的。为了研究轴向气流作用下液体轴对称抛撒二次破碎所形成的雾化场特性,本文利用两台激波管并对之加以改造,成功地在实验室实现了轴向气流作用下液体的轴对称抛撒。为了研究其雾化场的远场特性,本文利用激光粒子测量仪获得了在不同实验工况和不同位置下的雾化场SMD分布曲线。实验数据表明,由于轴向气流速度的增加,液体破碎的Weber数得到了提高,导致二次破碎初期雾化场的SMD随之减小;随着抛撒驱动压力的提高,二次破碎初期雾化场的SMD也随之减小;在同一工况下,雾化场SMD随着测量位置与喷口距离的增加而变大。     

运动状态下液体轴对称抛撒首次破碎的实验研究

在实验室条件下利用组合式激波管设备,对运动状态下液体轴对称抛撒进行了实验研究。通过纹影装置获得其所形成雾化场的外形轮廓照片,测量获得了液核发生首次破碎的位置与对称轴之间的距离。通过对抛撒过程中R-T不稳定性与K-H不稳定性的分析认为,轴向气流作用下液体轴对称抛撒的首次破碎点与对称轴的距离主要由轴向气流的速度、轴向气流的密度、液体轴对称抛撒的出口速度、抛撒液体的表面张力系数、环形喷口的宽度等参数所决定。在此基础上,利用相似性理论和无量纲分析,获得了运动状态下液体轴对称抛撒首次破碎点与对称轴之间的距离与相关参数的无量纲关系式。     

液体的爆炸抛撒特征

针对液体爆炸抛撒过程设计了实验装置,利用高速摄像仪进行记录。通过研究不同中心装药量和 填充液体的抛撒过程,发现在壳体破裂后,液体沿裂缝处向外飞散。药量较小时,液体分散成树枝状形态,然 后破碎成液滴;药量较大时,则形成液体环状区。对于不同粘度的液体,环状区分别由小液滴及已雾化、汽化 的液体,或大液滴、液体丝及液膜等组成,抛撒过程中其宽度越来越大,大液滴、液体丝及液膜等也逐渐破碎成 细小的液滴。     

有约束、轴对称抛撒条件下液体破碎、雾化的远场研究

液体轴对称抛撒在研制云雾爆轰武器中有着重要的实际应用背景和学术研究价值，由于过去这方面大量的工作集中在野外场地中进行，对液体燃料抛撒初期及后期形成的云雾区特性缺少细致的实验研究，本文用垂直无膜激波管与液体抛撒发生器结合起来，用多根隔条形成不同宽度的间隙，利用激光粒子测量仪研究在有约束的条件下，液体破碎、雾化的远场特性，并得到了一些结论。     

激波与涡对相互作用的实验研究

在方截面激波管中进行了平面运动激波和涡对的二维相互作用实验，研究了激波与同向涡对、激波与反向涡对相互作用的非定常过程．根据实验照片，分析讨论了作用过程中激波的变形，二次激波和三波点的形成、演变，激波与激波的相互作用，以及旋涡结构的变化等．实验表明，激波通过涡核时，激波发生剧烈变形，旋涡强度增大，涡核形状改变．     

高温熔融锡液遇水爆炸机理的实验研究

为研究低熔点金属锡遇水爆炸机理及能量转化过程,搭建了一套由高频熔融炉、高速摄像机和信号采集仪等组成的可视化实验平台,监测锡与水的质量比为5、10、15和20时熔融锡液与水接触反应过程,并选取中高熔点金属铝进行相同条件下的对比实验。同时,结合能量守恒定律、爆炸冲击理论建立数学计算模型,用于定量分析爆炸冲击波能量。结果表明:质量比为5时,熔融锡液与水反应触发2次蒸汽爆炸;由相同条件下熔融铝液遇水爆炸实验,反应剧烈程度和持续时间与金属碎化程度和金属热扩散率有关。此外,高温熔融锡液遇水爆炸过程中,0.45%～10.91%热能转化为冲击波能量。随着质量比的增加,冲击波能量转化率呈现先增后减趋势;当质量比为10时,冲击波能量转化率最大。由锡/铝遇水爆炸实验的冲击波压力曲线可知,当质量比小于12.69时,锡液遇水爆炸实验的冲击波能量转化率高于铝液遇水爆炸实验的冲击波能量转化率。     

多次激波诱导正弦扰动预混火焰界面失稳的数值研究

激波诱导火焰失稳是实际中常见的现象,为深入研究火焰失稳特性,采用三维单步化学反应的Navier-Stokes方程和9阶weighted essentially non-oscillatory (WENO)的高精度格式,对不同马赫数的入射激波及其反射激波多次诱导正弦型预混火焰界面失稳的现象进行了三维数值模拟,并对计算结果的可靠性进行了验证。研究结果显示,在激波的多次作用下,火焰界面的演变过程主要受Richtmyer-Meshkov (RM)不稳定特性和化学反应特性的双重影响,且随着入射激波强度的增强,上述2种特性均得到进一步强化。为构造体现反应性RM不稳定特性的参数,根据火焰界面混合区平均涡量和化学反应速率,提出了表征界面受不稳定性和化学反应影响的量纲一参数。通过分析发现,在同一入射激波强度下,该参数的对数形式随入射激波和反射激波的多次作用呈基本相同的线性增长趋势;对不同马赫数的入射激波,该参数对数形式的线性增长率也基本一致。这样的变化表明该量纲一参数能够反映反应性RM不稳定过程中火焰界面发展的内在规律。     

壳体对爆炸空气冲击波强度的影响

壳体对爆炸空气冲击波强度有重要影响，本文提出一种计算壳体破片速度的新方法，分析了壳体对爆炸空气冲击波强度的影响。本文指出，壳体对爆炸空气冲击波强度的影响取决于产生壳体破片部位的壁厚(质量)，而不是壳体的全部质量。这反映了实际情况，也是本文的特点所在。通过重量和形状相同的两种装药爆炸空气冲击波对模拟目标的毁伤实验，考查了本文理论分析结果的可靠性。理论分析与实验结果相吻合。本文得到弹体破片最大速度的上限和下限。破片速度与壳体厚度有关，壳体越厚或质量越大．对空气冲击波强度的影响越显著。     

Formation of blast waves as a result of a low pressure domain decomposition

In this article the formation and propagation of blast wave as a result of a focusing of shock wave in a domain with low pressure and density are examined in the frame of an ideal gas model. We consider the decomposition of a pressure-density discontinuity on the boundary of the spherical (or cylindrical) domain which is filled by a gas whose pressure and density are lower than the pressure and density of gas that filling the external space. At initial moments of this decomposition the rarefaction wave propagates in the external space and the converging shock wave is formed in the domain of low pressure and density. The intensity of the converging shock wave gradually increases, and the wave transitions to the self-similar regime. After implosion, a diverging shock wave is formed which propagates through the disturbed gas. The values of wave intensity, wave impulse and other parameters for some magnitudes of initial parameters have been determined by means of numerical calculations. Received 10 August 1997 / Accepted 13 July 1998     

矩形凹槽管道中激波传播的数值研究

基于二维Euler方程,结合五阶加权基本无振荡(weighted essentially nonoscillatory,WENO)格式以及自适应网格加密(adaptive mesh refinement,AMR)技术对入射激波在矩形凹槽管道内传播过程进行了数值模拟。数值结果清晰地显示了入射激波传播过程中与多个矩形凹槽作用以及在凹槽内变化的整个过程,且与已有的实验结果吻合较好。另外,结果还揭示了入射激波与单个凹槽作用时,会发生绕射产生膨胀波,还会发生碰撞从而诱导反射激波。膨胀波会导致入射激波压力降低,而反射激波则导致其升高,但膨胀波的影响占主导作用,因而入射激波波阵面强度出现振荡下降。     

一种弹体入水冲击波阴影成像可视化系统及其试验研究

扩大成像视野对于开展充水容器中弹体入水冲击波传播及弥散方面的可视化研究具有重要的实际意义。阴影成像技术适用于大视野实验,且对流场冲击波和扰动的可视化研究具有简单性和通用性,其中直接阴影成像最为简单,但可靠点光源的缺乏是阻碍其发展应用的瓶颈。因此基于国产短弧氙灯管,自制了短弧氙灯点光源,根据阴影成像原理,设计出一种弹体入水冲击波阴影成像可视化系统,详细介绍了其组成和运行原理。利用该系统对高速弹体入水进行了试验研究,获得了弹体入水冲击波的阴影成像和冲击波信号的压力时程曲线,通过阴影成像和冲击波信号相结合分析了弹体入水冲击波的传播特性,并进行了理论验证。结果表明:该弹体入水冲击波阴影成像可视化系统具有可靠性和设计的合理性。弹体高速入水后,初始冲击波的强度最大,随着冲击波的传播,冲击波强度逐渐降低,水中冲击波的传播速度不断降低,球形冲击波的半径逐渐增大。     

Super-spherical cumulation: shock collapse which is more intense than the spherical one

A shock wave implosion in an axisymmetric chamber with a convex bounding wall is studied experimentally, analytically and numerically. The converging shock front area in this geometry shrinks quickly as the shock wave approaches the center point. The analytical theory predicts that the corresponding rate of post-shock pressure and density increase in this case exceeds essentially that achieved in the classical cylindrical or spherical shock implosions, hence, the phenomenon is referred to as “super-spherical cumulation”. The experiments confirm higher intensity of the super-spherical implosion compared with the cylindrical one, both driven by identical high-current pulsed electric discharges. The converging shock stability is analyzed in the framework of the CCW theory. The numerical results obtained using a locally-adaptive unstructured grid technique agree well with the theoretical predictions of the converging shock wave intensity. Received 28 January 1998 / Accepted 6 November 1998     

Focusing of weak shock waves in confined axisymmetric chambers

Theoretical study of a weak shock wave focusing process on a spherical region in confined 3-D axisymmetric chambers is presented. The chambers are elliptic or parabolic in the plane cross-section containing their axis of symmetry. In the elliptic case a spherical shock wave of constant strength generated at one of the focal points will reflect off the chamber wall and converge on a spherical region around the second focus of the chamber. It is shown that the pressure distribution on the converging spherical shock wave is not homogeneous. In the parabolic case two possibilities of shock generation are considered. In the first one a plane shock wave of constant intensity is send in the inner of the chamber. This shock wave with the plane perpendicular to the symmetry axis will after the reflection off the chamber wall transform to a spherical shock with non-homogeneous pressure distribution. Alternatively, a spherical shock of constant intensity generated at the focus of the paraboloidal chamber will after the reflection transform to a plane shock with non-homogeneous pressure distribution propagating in the outer of the chamber. The above mentioned problems are solved within the frame of the geometrical acoustics approximation and the flow fields as well as the non-uniform shock strengths behind the converging wave fronts are calculated.This article was processed using Springer-Verlag T_EX Shock Waves macro package 1.0 and the AMS fonts, developed by the American Mathematical Society.     

铝粉含量和粒度对CL-20含铝炸药水中爆炸反应特性的影响

为了研究CL-20基含铝炸药的爆炸反应机理,利用水中爆炸实验,测量了不同铝粉含量和粒度的CL-20炸药水中爆炸的冲击波参数、二次压力波参数,计算了冲击波能和气泡能。结果表明,水中爆炸的冲击波能和气泡能表征了爆轰和二次反应两个阶段的炸药爆炸能量分配,CL-20炸药中的铝粉主要在二次反应阶段发生反应,只有少部分的铝粉参与了早期的爆轰反应。气泡脉动形成的二次压力波能描述铝粉含量和粒度对二次反应过程的影响,铝粉含量对炸药的二次反应有显著的影响;铝粉粒度对炸药的水下爆炸的初始冲击波参数、冲击波能和气泡能的影响很小,对铝粉与爆轰产物的二次反应速率影响较大。     

可燃气体中激波聚焦的点火特性

数值模拟了二维平面激波从抛物面上反射在可燃气体中聚焦的过程，研究了形 成爆轰波的点火特性. 对理想化学当量比氢气/空气混合气体，在初始压强20kPa的条件下， 马赫数2.6-2.8的激波聚焦能产生两个点火区：第1个点火区是反射激波会聚引起的，第 2个点火区是由入射激波在抛物面上发生马赫反射引起的. 这种条件下流场中会出现爆燃转 爆轰，起爆点分别分布在管道壁面、抛物反射面和第2点火区附近. 起爆机理分别为激波管 道壁面反射、点火诱导激波的抛物面反射和点火诱导的激波与第2点火区产生的爆燃波的相 互作用. 不同的点火和起爆过程导致了不同的流场波系结构，同时影响了爆轰波传播的波动 力学过程.