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5~10 Hz.     

492QS汽油机射流燃烧室内的气体运动

通过理论计算研究了４９２ＱＳ汽油机射流孔对射流燃烧室内气体运动的影响。结果表明，射流孔可使空气－燃料混合气和燃气产生高的流速，使紊流加强、燃烧速率提高、发动机性能改善。     

熔喷双槽形喷嘴气体射流流场研究

从点涡的性质出发,研究了涡偶代替射流的可行性,推导了两射流合成的理论公式,并用实验测定数据验证了该公式的可靠性。该公式预测的纤维直径与经验公式的预测结果几乎完全相同。     

水下气体射流技术的柱形与环形结构仿真分析

为了探究不同形态射流的关联异同,以N-S方程为控制方程,选用Standard K-epsilon湍流模型,采用有限体积法与多相流界面捕捉方法 VOF模型,在二维矩形计算域内,对速度为100 m/s的柱形与环形水下气体射流进行数值模拟研究,探究两种不同形态的射流的发展和关联。研究结果表明:选用模型正确,成功模拟出射流初期气泡的演化过程;柱形与环形水下气体射流虽然在形态发展历程与物理规律上基本一致,但在射流初始形态、轴向发展速度等方面存在差异;同时发现在射流过程中存在卷吸作用。数值模拟结果给出了实验中无法测量的压力场变化、流体流动方向等流场结构,为该技术的实验开展以及在工程领域的广泛应用起到了很好的帮助作用。     

近刚性圆柱水下爆炸气泡动力学特性研究

针对刚性圆柱附近水下爆炸气泡的动力学特性进行了研究. 基于Navier-Stokes方程结合流体体积法捕捉气液两相界面,建立了数值模型;采用电容器放电产生水下爆炸气泡并用高速摄像机记录了气泡的脉动,并将实验结果与数值模拟结果对比验证了数值模型有效性. 通过数值模拟得到了气泡与刚性圆柱相互作用的流场细节信息. 结果表明:气泡在刚性圆柱附近脉动使得刚性圆柱表面流体介质存在速度梯度,速度较大的流体液层冲击气泡形成不同的气泡形状. 定义了一个量纲一的距离参数来表征气泡与刚性圆柱之间的相对距离,研究了距离参数对射流冲击压力、最大射流速度及气泡型心运动的影响. 随着距离参数的增大,射流冲击压力逐渐减小,气泡内部最大射流速度先增大后减小;气泡型心的偏移随距离参数的增加而减小.      

微射流流场原理性实验研究

用蜂鸣器代替微作动器在水中对微射流的形成及发展进行了定性实验，高速摄像系统显示了微射流的形成及发展。实验结果表明对于结构确定的蜂鸣器，存在唯一的最佳工作频率，使得射流能量水平最高。蜂鸣器驱动信号波形对射流效果也有影响。速率变化因子越大的波形，生成的旋涡能量越高，射流速度越大。     

近场水下爆炸过程中气泡脉动与射流载荷特性研究

为了深入研究近场水下爆炸过程中产生的气泡射流现象,本文开展了小当量TNT在固支方板底部爆炸的水下爆炸试验,设计了一种阵列式壁压传感器的方法成功测得了气泡射流的载荷时程曲线.实验结果指出,固支方板底部中心处气泡脉动压力峰值与射流压力峰值相差不大,但射流压力持续时间为气泡脉动压力的21.36倍,气泡脉动压力及其持续时间随着传感器距中心位置距离的增加只是略有衰减,而射流压力及持续时间随着传感器距中心位置距离的增加衰减较快,说明射流载荷作用范围较为集中.接着通过Abaqus软件开展了从炸药起爆到气泡射流形成全过程的数值模拟工作,模拟得到的气泡演化过程和气泡射流载荷时程曲线与实验结果基本一致.最后通过数值模拟得到了近场水下爆炸气泡脉动过程中气泡射流比冲量分布规律、气泡射流形态演变规律和气泡射流头部速度变化规律.本文的工作能够为利用近场水下爆炸气泡射流对水面舰艇结构实施毁伤打击提供依据.     

二维孔口紊动射流流场特性的实验研究

对一定水深下的孔口射流流场进行了一系列测试，研究了轴对称流动下轴心流速衰减和横断面上流速分布等特性，并总结归纳出其变化规律。     

流线型喷嘴湍流射流结构与动量特性的试验研究

本试验研究是将空气通过风机送往稳定箱,稳定后经过流线型喷嘴产生高速射流射入大气,射流马赫数Ma=0.141,雷诺数Re=8.48×10~4。试验结果表明,射流结构由初始段和基本段组成。初始段中,无因次速度不存在相似性;基本段中无因次速度具有相似性。初始段中聚能效果好,具有较大的冲击性和切割性;基本段中聚能效果差,无切割性,但速度分布均匀。因此,在工业上,不同用途时应采用射流的不同区段。     

具有档板装置的高压气体射流的早期现象

对定常射流了简要的评述。采用有限差分法、数值模拟了具有档板装置的高压气体射流，得到了射流早期的不定常结构，解释了发射器叶子板常曹受破坏的现象和机理，这些研究结果可提供高速射流装置设计和安装防护的依据。     

等离子射流特性的实验研究

等离子弧具有温度高、能量集中、气氛可控和冲击力大等特点,在机械行业中得到越来越广泛的应用。以提高等离子弧加工质量为目的,利用纹影法对等离子射流的流场进行了实验研究,分析了等离子工作电流、气体流量对等离子射流的影响,从而对提高等离子弧喷涂质量具有一定的指导作用。     

空气水平喷入水时射流轴的轨迹

以动量守恒原理为基础,建立了侧吹射流轴轨迹的数学模型。模型的主要特点是,对于侧吹上升射流,建议采用下述浓度分布计算公式:数值计算结果表明,本计算轨迹与实测射流流股的轴线相当一致。     

红枣气体射流冲击干燥特性及干燥模型

由于红枣收获后品质快速下降,探讨适合红枣的加工方法以便延长红枣的保藏期非常重要。探究了干制条件对红枣气体射流干燥特性的影响,以便提高干制红枣品质,缩短干制时间,获取干燥活化能,优选干燥模型。选用自制气体射流冲击干燥设备干制红枣,研究风速(8.5、10.0、12.0m/s)、风温{60、65、70℃,变量[70℃(5h)+65℃(8h)+55℃]}对红枣水分比和干燥速率、水分有效扩散系数及活化能的影响,通过DPS数据统计软件对8个干燥模型(Lewis、Page、Modified Page、Wang & Singh、Henderson & Pabis、Approximation of diffusion、Logarithmic、Simplified Fick''s diffusion)进行拟合筛选。与大多数食品材料的干燥特性一致,红枣的气体射流冲击干燥过程主要为降速干燥。温度对整个干燥过程中参数的变化影响较大,温度越高,水分扩散越快,水分比下降越快,干燥速率越高。最高有效扩散系数为1.22133×10-9m²/s,所需最小活化能为10.39kJ/mol。使用8个模型进行拟合,研究发现Logarithmic模型的参数系数(R²)值为0.999801,均方根误差(RMSE)值为0.002913,卡方值(χ²)为9.332000×10-6,该模型为描述红枣气体射流冲击干燥的最优模型。温度与风速均对干燥曲线、干燥速率曲线、水分有效扩散系数和活化能有影响,在温度70℃(5h)+65℃(8h)+55℃,风速12.0m/s的条件下干燥效果较佳。     

光谱法研究大气压氩气等离子体射流的气体温度

采用针-板介质阻挡放电结构的射流装置,在大气压空气环境下产生了氩气等离子体羽.通过采集外加电压、电流及发光信号发现,在电压正、负半周期各有一个电流脉冲.就电流峰值而言,正脉冲大于负脉冲.等离子体羽的发射光谱包含氩4p→4s跃迁谱线、氮分子第二正带系(C~3Π_u→B~3Π_g)、带头位于308.0 nm的OH转动谱线(A~2Σ~+→X~2Π)和777.4 nm的氧原子发射谱线.通过拟合N_2(C~3Π_u→B~3Π_g)和OH的转动光谱,可以获得等离子体羽的气体温度.研究发现,拟合N_2第二正带系得到的气体温度要高于拟合OH转动光谱得到的气体温度.分析表明,氩的亚稳态Ar(4s)能够将能量转移给基态N_2,使其跃迁到高转动能级的激发态(C~3Π_u).因此,这种传能导致具有高转动能级氮分子布居数的增加,进而导致利用其计算得到的气体温度相对较高.利用OH的转动谱带拟合计算了气体温度,并研究了气体温度随实验参数的变化.结果表明,增大峰值电压及气体流量导致气体温度升高,但增加驱动频率气体温度降低.     

水下高围压射流模拟装置的工程设计及测试分析

设计了水下高围压射流模拟装置的主体部分和辅助部分。结合对模拟装置的理论模型分析。实验测试了水下高围压射流模拟装置伴随射流时内部的压力变化过程,并验证了理论模型。     

长圆形出口喷嘴射流特性的实验研究

在研究矩形出口喷嘴射流的基础上，对长圆形出口喷嘴的射流特性进行了室内实验研究。结果表明，长圆形喷嘴射流在短轴剖面上的扩散角比在长轴剖面上大，随喷距的增大，其横向截面将逐渐变为圆形。长圆形喷嘴的流量系数大于同样结构特征的矩形喷嘴，其射流的轴心动压力衰减以及横向动压力梯度分布规律与矩形喷嘴射流相似。随喷距增加，长圆形喷嘴的轴心动压力衰减比矩形喷嘴衰减慢。在钻头上使用的长圆形喷嘴的最佳无因次喷距应在无因     

圣女果的气体射流冲击干燥动力学

为缩短圣女果的干制时间、提高于制品质,将气体射流冲击干燥技术运用于圣女果的干燥.研究了在不同干燥温度(50,60,70和80℃)和风速(10,12,14和16 m·s-1)条件下圣女果的干燥速率、水分有效扩散系数、干燥活化能以及最佳干燥工艺.试验结果表明:提高干燥温度和风速均可缩短干燥时间,其中干燥温度的影响比风速更为...