激波驱动的气固两相流力学特性的实验研究及分析.pdf

186 张晓蛳等：激波驱动的气固均拥流力学特性的实验研究及分橱 激波驱动的气固两相流力学特性的实验 研究及分析 张晓娜岳树元章利特施红辉 (浙：_L理T大学机溅’J自动控制学院，浙江，杭州，310018) 摘要：。利用水甲激波管对激波驱动的气网两相流进行了实验研究。采用高迷摄影仪对毫米量级周体颗粒群 {7F激法f乍吲卜R0自动阶段、管内运动阶段以及管外自由射流阶段进行了连续运动状态图像捕捉。利用软件 引astcr。sⅥAS对f鞠像道仃处理_干【1分析，扶搿相心条件卜I颗粒速度、加速度沿激波管轴向的分布。分别考察不 川。孤栌装载比、不I刊驱动气源以及不I—J膜片厚度所导致气动参数的差异对激波加速颗柁效果的影响。实验分 析结果表}J』』’其他条件相川州．颗粒装载比越高，颗粒捩得的速度越大；启动阶段最初时刻，氦气的加速效 粜比氦气n0加述效粜好，随着时问的推移，氮气的加速效粜赶卜-氦气的加速效果，甚至自‘反超的现象。另外， 颗粒输…过程中呈现了分段输…的现象，奉文分析认为，这1j激波管中形成的复杂波系自。关。 关键词：激波：气同阿相流；激波管；高速搬影仪；颗粒群 一．．iL．．_I‘ 0 刖舌 在高速气体动力学中，气相介质携带固体小颗粒的两相流动是重要的研究课题之。。利用激波或超 声速气流驱动固体小颗粒是’项高新技术，具有重要的意义和研究价值。这‘研究领域!白I接涉及剑很多 重要工业实际应用，例如在固体燃料推动剂喷管中激波与固体颗粒之间的相互作用，爆炸波在含二＆埃大 气中的传播，在雨大、雪大或灰尘中的高速匕行，以及造成巨大灾害的工业粉尘爆炸等等。对于这‘领 域的研究可以更生，地利用激波与颗粒相互作用的机理，从而达到预想的F1的。最近在医学界中发明的无 针注射ll。J及：[业上的冷喷涂技术14J都是这‘领域的实际应用。许多科研工作者对不同粒径、不同材料 的颗粒在不同激波强度作用卜的机理进行了研究1)√J。但他们的重点是丛于微米最级颗粒展开的。本文 是采用毫米最级的钢球进行的实验研究。文中将介绍利用水平激波管产生的激波及波后高速气流与颗粒 群相互作用的实验结果。对颗粒群运动状态进行捕捉，对实验数据进行分析讨论。 实验的基本原理 激波驱动的气固两相流是指激波及波后高速气流与固体颗粒相互作用的两相流动。本实验在标准激 波管的低压室后端增加透明有机玻璃制成的装料室及观察室，用于观察激波驱动的气固两相流动的运动 状态。激波与颗粒群的相互作用过程是‘个典型的非线性力学过程，其中出现了激波的复杂反射、衍射、 聚焦以及激波与尾迹区漩涡的．TI涉等现象阳】。 根据激波管理论，由破膜压比可以确定入射激波码赫数的理论值， 告_(鲁峥籍)×[1一籍言∽一划～ ㈩ 其中，P4／Pf是破膜时驱动段与被驱动段压力之比，ccl、c【4分别为被驱动段和驱动段气体的音速，丫I、 133lA4N07l12) 基金项目：。}J国科学院高温气体动力学重点实验窄开放课题基金项目(1I 作者简介：张晓娜(1984一)，史，辽’j。辽…人，坝十乍。 第十三强全国激波与激波管会议论文集 187 n分别为被驱动段和驱动段的气体绝热指数，M。为入射激波码赫数。入射激波马赫数M。可以根据确定 工况的各己知参数由上式计算得到。再根据当地音速cc及激波马赫数M。的定义表达式(见式(2)及 7_ (2) 口=√7R 。W：兰 (3) 计算得到接触面的速度即波后气流速度LI二。 饮=寿卜击卜 ㈩ 2实验装置及参数 实验装置的原理图