PDF《液滴在激波冲击下的破裂过程》

〉3 6卷〉1期爆炸与冲击Vol.

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1 6年1月EXPLOSION AN DS HO C K WAV E S J a n . ,2

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0 1 1455(2016)01012906液滴在激波冲击下的破裂过程 * 王〕, 吴∮, 施红辉, 肖∫ ( 浙江理工大学机械与自动控制学院流体工程系, 浙江 杭州

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1 8 ) ≌:对液滴在入射激波作用下的变形破碎过程进行了实验研究和数值模拟, 得知数值模拟结果与实验 结果基本吻合, 以及在什么情况下两者出现分歧.结果显示, 液滴在激波的作用下要经历从压缩变形、 RM 不 稳定性变形、 细小液雾剥离到全部雾化破碎等过程.结果还表明, 不同液滴直径、 入射激波马赫数和液滴介质 等参数下的液滴变形破碎的发展趋势是一致的, 而其发展速度明显则不同.其中 W e b e r数的增加加速了液 滴的破碎, 而Ohnesorge数和黏性的增加则抑制了液滴的破碎. 」丶:流体力学;

破碎;

激波;

液滴;

变形;

RM 不稳定性 ≈型挤掷嗪:O

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5 3 1∥南妆曛韭:A 〖げㄓ胍旱蔚南嗷プ饔梦侍, 是一个与 R i c h t m y e r Meshkov(RM) 不稳定性有关的、 典型的可压缩 性气液两相流问题[ 1] , 对该问题的深入研究在超音速雨滴侵蚀、 燃气轮机燃烧室的设计、 激波抛洒以及 爆轰发动机中燃料燃烧的稳定性等方面均有着重要应用. W. L a n e [

2 ] 最早在激波管中对液滴在稳态和瞬态气流中的破碎进行了实验研究, 并提出液滴的变形 破碎是一个边界层不断脱落的过程.W. E. K r a u s s [

3 ] 随后也研究了边界层分离与液滴破碎雾化之间的 关系.O. E n g e l [ 4] 着重研究了激波对液滴的雾化作用, 他认为高速气流在液滴表面生成不稳定波在液 滴破碎过程中起重要作用.A. R a n g e r等[ 5] 在水平激波管中进行了激波马赫数1. 3~3. 5的实验, 揭示 了液滴在激波作用下出现压缩变形到破碎雾化的过程.发现入射激波马赫数较高时, 液滴的压缩变形 和破碎雾化几乎同时发生, 液滴迅速形成薄雾状结构.C. K a u f f m a n等[ 6] 研究了燃料液滴在氧气环境 中与激波相互作用的过程: 在入射激波马赫数3~5的情况下, 液滴的燃烧先发生在从原始液滴脱落的 雾状燃料上, 在激波扫过一段时间后, 整个燃料的燃烧过程才会发生.A. W i e r z b a等[

7 ] 利用全息干涉技 术研究了液滴在激波作用下的变形破碎过程, 并把液滴脱落破碎分成4个阶段: 压缩变形, 横向直径增 大至最大值, 破碎雾化和横向直径减小至零.L. P. H i s a n g等[

8 9]给出了在液滴破碎模式与 W e( W e b e r 数) 的关系: 随着 W e 从零开始增加, 液滴会依次出现无变形、 无振荡变形、 振荡变形、 袋式破碎、 混合破 碎和剪切破碎模式, 并当 W e 继续增加时会出现突发破碎( c a t a s t r o p h i cb r e a k u p ) 情况. 陆守香等[

1 0] 研究了激波冲击后液滴变形和破碎的近似理论模型.耿继辉等[

1 1] 实验观测了液滴在 激波作用下的加速、 变形及破碎过程.蔡斌等[

1 2 ] 通过应用 VO F 方法和湍流模型对液滴在气流中的破 碎过程进行了数值模拟, 并分析了 W e、 O h( O h n e s o r g e数) 以及气液密度比对液滴破碎过程的影响.姚 雯等[

1 3] 通过求解二维 E u l e r方程, 并将表面张力转换为体积力, 考察了激波流场中液滴变形与破碎过 程.楼建峰等[