激波冲击作用下液膜破碎的气液两相流

为了研究激波冲击作用下液膜的破碎过程,采用计算流体力学方法对其气液两相流过程进行了三维数值模拟,获得了激波的波系结构演变过程与液膜的变形、破碎、雾化特性,并与实验结果进行了对比.结果表明:激波与液膜作用过程中存在入射、反射与透射现象,透射激波强度与液体表面张力对液膜破碎过程有重要影响;液膜在破碎过程中形成的雾化云团体积在前2.5 ms内迅速增长,之后云团体积基本稳定;在射流的作用下,雾化云团内部形成不断扩张的三维空腔结构.     

激波诱导的液滴变形和破碎

 建立液滴变形与破碎的模型,提出初始雾化时间概念,由此分析激波后液滴变形和破碎雾化的特征。液滴变形率、完全破碎时间的数值分析结果与实验结果基本一致。     

激波诱导液滴变形和破碎现象实验研究

本文介绍了用于激波诱导液滴变形和破碎现象研究的实验系统及方法,详细分析了激波与液滴相互作用以及液滴加速、变形和破碎过程,为进一步研究激波诱导的液滴内流场性质及气液相间相互作用对液滴变形和破碎的影响机制提供了基础实验数据。     

激波作用不同椭圆氦气柱过程中流动混合研究

在激波与气柱相互作用问题中,压力与密度间断不平行产生的斜压涡量会引起流动的不稳定性,从而促进物质间的混合.本文基于双通量模型,结合五阶加权基本无振荡(WENO)格式,求解多组分二维Navier-Stokes方程,分析激波作用面积相同结构不同的椭圆气柱所致的流动和混合.数值结果清晰地显示了激波诱导Richtmyer-Meshkov不稳定性引起的气柱界面变形和波系演化.同时定量地从界面运动、界面结构参数变化(长度和高度)、气柱体积压缩率、环量及混合率等角度分析激波诱导的流动混合机制,研究椭圆几何构型对氦气混合过程的影响.结果表明,界面及相关参数的演化与气柱初始形状密切相关.当激波沿椭圆长轴作用于气柱时,气柱前端出现空气射流结构,且射流不断增长并渗透到下游界面,致使气柱分离成两个独立涡团,离心率越大,射流发展越快;同时激波作用气柱后在界面处产生不规则反射现象.圆形气柱界面演化与这种作用情形类似.当激波沿椭圆短轴作用于气柱时,界面上游出现类平面结构,随后平面上下缘处产生涡旋,主导流动发展,激波在界面作用产生规则反射,离心率越大,这些现象越明显.界面高度、长度、体积压缩率也因此有所差异.对界面演化、环量和混合率的综合分析表明,激波沿长轴作用于气柱且离心率较大时,流动发展较快,不稳定性导致的流动越复杂,越有利于氦气与环境介质的混合.     

磁控条件下激波冲击三角形气柱过程的数值研究

本文基于磁流体动力学方程组,在保证磁场散度为零的条件下,采用CTU+CT（corner transport upwind+constrained transport）算法,对有无磁场控制下激波与重质或轻质三角形气柱相互作用过程进行数值研究.结果表明：无论有无磁场,两气柱在激波冲击下均具有完全不同的波系结构和射流现象.其中,入射激波与重气柱发生常规折射,形成介质射流,而与轻气柱作用则发生非常规折射,形成反相空气射流.无磁场时,气柱在激波冲击下,产生Richtmyer-Meshkov和Kelvin-Helmholtz不稳定性,界面出现次级涡序列,重气柱上下角卷起形成主涡对,轻气柱空气射流穿过下游界面后形成偶极子涡.施加横向磁场后,次级涡序列、主涡对以及偶极子涡均消失.进一步研究表明,在磁场作用下,洛伦兹力将不稳定性诱导产生的涡量向界面两侧的Alfvén波上输运,减少界面涡量沉积,抑制界面卷起失稳.最终,涡量沿界面两侧形成相互远离的涡层,界面不稳定性得到控制.此外,定量分析表明磁场能加快两气柱上游界面的运动,抑制下游界面的运动,且对轻气柱的控制效果更好.     

激波诱导的液柱气液界面RM不稳定性的研究

为了进-步研究气/液界面上的Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定性现象,在水平激波管中进行了激波与单、双排液柱相互作用的实验.通过使用驱动气体为氮气、被驱动气体为空气,获得了马赫数为1.10与1.25的激波;通过更换不同尺寸的试件获得了初始直径不同的液柱。使用高速摄影仪记录了激波作用之后液柱失稳变形的详细过程,测量分析了不稳定性发展过程中,尖钉高度、气泡深度及混合区域宽度随时间的发展规律,并与理论分析中的公式进行了比较。     

液体横向射流在气膜作用下的破碎过程

为了研究液体横向射流在气膜作用下的破碎过程,采用背景光成像技术及VOF TO DPM方法进行了实验研究和仿真研究,模拟介质为水和空气.研究结果表明,液体射流在气膜作用下主要存在两种破碎过程:柱状破碎和表面破碎.Rayleigh-Taylor(R-T)不稳定性产生的表面波是液体射流发生柱状破碎的主要原因,气流穿透表面波的波谷导致射流柱破碎,破碎后的液丝沿流向逐渐发展呈带状分布.Kelvin-Helmholtz(K-H)不稳定性产生的表面波是液体射流发生表面破碎的主要原因,液丝和液滴从射流表面剥离.局部动量比对液体横向射流的破碎过程具有重要影响,当局部动量比较低时,液体射流的破碎由K-H不稳定性主导;随着局部动量比的增大液体射流的破碎逐渐由R-T不稳定性主导.液体射流的破碎长度及穿透深度均随局部动量比的增大而增大.     

爆轰作用下激波管壁发射光谱的研究

 本文用KODAK-2485胶片拍摄了激波管内四种烃燃料（正庚烷、异辛烷、M-17乳化汽油、W-11乳化汽油）的爆轰光谱。发射光谱由爆轰产物产生的连续光谱，Fe、Cr、Mn原子的大量线光谱，以及550~660 nm强而复杂的带光谱组成。经分析，在这些带光谱中存在FeO分子的黄带系光谱。     

液滴变形-袋式-多模式破碎转换研究

液滴破碎是影响内燃机燃烧的核心因素,其直接决定喷雾特性、蒸发速率以及混合气形成。为了揭示宽参数空间下液滴破碎模式之间的转换机理,本文采用简化耦合的多相流模型S-CLSVOF以及自适应网格加密技术对液滴在气流中的破碎过程进行了数值模拟研究。同时进一步将模拟结果与基于Rayleigh-Taylor失稳机理的理论模型进行比较并对其参数进行了修正。结合理论分析和数值模拟探讨了液滴破碎模式之间的转换。     

气流作用下水平管外液柱偏移特性的数值模拟研究

为了更好地研究水平管外降膜蒸发时的降膜流动规律及其影响因素,本文利用VOF方法建立了液体在水平管外降膜流动的计算模型,并对液柱在管束间的偏移特性进行了数值模拟研究;将数值模拟的计算结果与对应的实验结果相比较,数值解与实验值吻合程度较好;结合实验结果与数值计算结果,推导出了适应性较广的计算液柱偏移量的无量纲关系式。利用所推导的关联式对水蒸气流作用下的液柱偏移量进行预测,为海水淡化工程设计提供参考。     

气泡破碎过程中液膜形变及卷曲特性研究

利用高速摄像方法实验研究了自由空间内悬挂气泡的破碎过程,分析了气泡破碎过程中半封闭曲面液膜整体形变的发生原因,探讨了曲面液膜破碎过程各个阶段的边缘液膜卷曲特性。研究结果表明,悬挂气泡排液过程导致的液膜厚度局部减薄,是造成气泡破碎初始阶段边缘液膜卷曲角速度增大的主要原因;在扰动波延迟阶段,边缘液膜卷曲角速度呈现逐渐降低的趋势;在膜液滴分离阶段,边缘液膜卷曲角速度基本维持不变,破碎液膜表面势能主要转化为膜液滴分离动能和边缘液膜切向/径向动能。     

汽泡在电场作用下的变形

为探明外加电场对汽泡形状的影响规律,本文采用人工注射汽泡的方式,对均匀电场作用下单个汽泡的形状进行了可视化试验研究,计算了汽-液两相系统中的电场分布及汽泡所受的电应力。结果表明:电场作用下汽泡表面所受电应力分布的不均匀性导致汽泡沿与电场相平行的方向拉长,变成扁长椭球形。随着场强的增加,汽泡变形量加剧,汽泡与壁面的接触角逐渐变大。此外,讨论了汽泡变形对电场强化沸腾换热的影响。     

激波诱导双层气柱演化的偏心效应研究

实验与数值研究了平面激波诱导下双层气柱的演化规律.利用肥皂膜技术生成了3种双层气柱,通过固定内、外层气柱半径,改变内层气柱在流向方向上的位置,研究了双层气柱偏心效应对流场演化的影响.结果表明,当内层气柱向上游偏移时,外层气柱的上游界面在后期会产生朝向上游的射流;当内层气柱向下游偏移时,下游两道界面会较早地耦合在一起...     

炸药爆炸变形和首次破碎的研究

 利用纹影技术研究了炸药爆轰后驱动物质的变形过程。为了便于观察,待测物质选取为变形比较大的介质水。实验观察表明,在炸药爆轰作用下,筒状水的膨胀首先由雷管起爆端开始,形成了倾斜状、波浪形的界面。结果表明：阵面的波动破裂均从外界面开始,界面的不稳定性可能是导致其失稳并破碎的主要原因。实验还观察到炸药爆轰后不同延迟时间的物体从大块变成小块的发展过程。研究中克服了炸药爆轰产物发光对图像的影响,以及爆炸振动对光路的影响。研制了一种简易的触发探针,解决了外光源和炸药爆轰的同步问题。     

重力作用下平面反射镜变形研究

应用有限元方法对干涉仪的装配前后的平面反射镜进行了静力学分析, 对其在重力作用下水平和垂直放置时进行了分析, 通过计算镜面变形的PV值和RMS值来评价是否超差及固定反射镜的结构是否合理. 并通过Zernike多项式拟合进行了数据处理, 分解出了引起的像差成分, 并相应地提出了提高像质的措施.     

表面弹性和分离压耦合作用下的垂直液膜排液过程

针对含不溶性活性剂的垂直液膜排液过程,在考虑表面弹性和分离压耦合作用的基础上,采用润滑理论建立了液膜厚度、表面速度和活性剂浓度的演化方程组,通过数值计算分析了表面弹性和分离压单独作用和耦合作用下的液膜演化特征.结果表明:表面弹性与分离压均对垂直液膜排液过程有显著影响.表面弹性单独作用时,液膜初始厚度随弹性增大,黑膜仅在液膜顶部形成,长度较短且不能稳定存在;分离压单独作用时,活性剂随流体不断汇集在底端,液膜表面无法形成表面张力梯度,不发生逆流现象;当二者耦合作用时,可得到较稳定的液膜,排液前期增加表面弹性可提高液膜的厚度、降低表面速度和促使液体逆流,从而减缓排液过程;后期出现黑膜后,分离压中的静电斥力起主要作用,延缓液膜"老化".     

超音速汽液两相流激波的理论研究

建立了超音速汽液两相流激波过程的数学模型,得到了激波前后的流动关系,并对激波后的流动规律进行了初步分析,建立了两相扩压段的优化模型。研究结果表明,在激波后,流体压力上升,速度下降,与单相气体的正激波特性相似;其对应的音速与汽液两相流体的空泡率、压力及液相密度等因素有关。     

激波两次冲击下重气柱Richtmyer-Meshkov不稳定性的粒子图像测速研究

采用粒子图像测速(PIV)技术,实验研究了激波两次冲击空气环境中重气体SF6气柱的Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定性,定量表征了流场的速度、涡量和环量。结果表明,激波首次冲击气柱后,界面演化成初始涡对,且在较长时间内涡强度的变化很小。激波二次冲击气柱后:当反射距离较小时,界面衍生出二次涡对,其旋转方向与初始涡对的旋转方向相反,强度显著小于初始涡对的强度;当反射距离较大时,则不衍生大尺度涡结构。初始涡对的环量在激波二次冲击气柱后随时间逐渐减小,说明能量逐渐由流场中的大尺度结构转移至小尺度结构。利用PIV技术得到的初始涡对和二次涡对的环量与理论模型的预测结果吻合较好。     

在均匀外压力作用下柱壳的蠕变

 文中描述了对柱壳在蠕变到断裂条件下的形变实验研究，进行了三个系列的实验研究：第一个实验为，用X18H10T材料制造的长为380 mm的圆柱壳，在温度为850 ℃的情况下，加载到发生蠕变的状态下，测量发生断裂的时间和圆柱的椭圆度。第二个实验为，用Xastell-X合金，在800 ℃和900 ℃的情况下进行的，作者并对六个不同作者和模型的计算结果进行了比较。第三个实验为，用Xastell-X合金在700 ℃温度下，由西德Cooper进行的。作者应用三种理论模型和实验结果进行了比较，均在误差范围之内。     

自由空间内气泡破碎过程的实验研究

利用高速摄像对自由空间内悬挂气泡的自然破碎过程进行了研究,分析了气泡破碎过程中环形断面的发展规律、膜液滴的形成过程及末期射流的产生原因。气泡成孔后,在液膜表面张力和气泡内部气流喷射的综合作用下,会形成不稳定的环形断面,其铺展过程中边缘会出现诸多不稳定液线,液线末端断裂形成膜液滴,膜液滴飞行方向与断裂点切线方向一致;随着液膜的破碎,半封闭球状液膜的曲率半径逐渐减小,环状断面以一定的加速度推进;在破碎末期,环形断面将在初始破碎点的对称位置附近聚焦并形成射流。表面张力系数和液膜厚度均匀性对膜液滴分布和射流强度具有一定的影响;相对于液膜厚度,作用于液膜单位面积上的表面张力对气泡破碎时间的影响更为显著。