PDF《加热球体入水空泡实验研究 李佳川 魏英杰 王聪 邓环宇》

加热球体入水空泡实验研究 李佳川 魏英杰 王聪 邓环宇 Water-entry cavity of heated spheres Li Jia-Chuan Wei Ying-Jie Wang Cong Deng Huan-Yu 引用信息 Citation: Acta Physica Sinica, 65,

204703 (2016) DOI: 10.

7498/aps.65.204703 在线阅读View online: http://dx.doi.org/10.7498/aps.65.204703 当期内容View table of contents: http://wulixb.iphy.ac.cn/CN/Y2016/V65/I20 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in 表面能梯度驱动下纳米水滴在不同微结构表面上的运动 Motion of the nanodrops driven by energy gradient on surfaces with different microstructures 物理学报.2015, 64(6):

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074701 http://dx.doi.org/10.7498/aps.61.074701 物理学报Acta Phys. Sin. Vol. 65, No.

20 (2016)

204703 加热球体入水空泡实验研究? 李佳川 魏英杰? 王聪 邓环宇 (哈尔滨工业大学航天学院, 哈尔滨 150001) (

2016 年4月11 日收到;

2016 年7月21 日收到修改稿 ) 基于高速摄像方法, 开展了 17―800 ? C 范围内不同温度球体垂直入水实验研究. 呈现了随球体温度变化 所产生的复杂入水现象: 在1.5 m/s 入水速度条件下, 实验所采用的室温球体不能产生空泡, 当球体温度为

300 ? C 时空泡生成, 增加到

400 ? C 空泡消失, 继续提高温度至

700 ? C 空泡再次形成. 根据传热学与流体动 力学理论, 分析了温度与速度变化对空泡形成的影响机理. 结果表明随着温度的升高, 球体与水之间的传热 效率与传热方式发生改变, 汽化生成的汽泡和蒸汽膜改变了周围流体流动的湍动性和球体表面的粗糙度、 疏 水性, 这些变化均会影响空泡的形成;

在1.5―3.8 m/s 入水速度范围内, 当球体具有较高温度时, 能否形成入 水空泡主要与球体的传热性能有关, 速度的提高增强了球体与水的传热效率, 使高速入水条件下的较低温度 球体同低速入水条件下的较高温度球体入水现象相似, 速度本身仅对生成空泡的形态有所影响. 关键词: 加热球体, 入水实验, 入水空泡, 传热方式 PACS: 47.54.De, 47.55.NC, 47.55.dp DOI: 10.7498/aps.65.204703

1 引言运动体从空气中穿越自由液面进入水中的过 程称为入水过程. 入水过程包含一系列复杂的流动 现象, 并常常会在自由液面以下形成一个空腔, 即 入水空泡. 入水空泡的存在会对空投鱼雷、 入水导 弹等武器的结构特性和弹道稳定性产生很大影响, 因此对入水空泡的研究具有重要的军事意义, 受到 许多学者的广泛关注. 球体具有很好的对称性且运 动的稳定性较好, 所以研究球体入水空泡成为了解 入水空泡形成机理及形态特性的重要手段. 影响入水空泡形态特性及其演化过程的因素 有很多, 其中外部因素主要有速度, 液体的密度、 黏性、 表面张力, 大气的压力、 密度等 [1?7] , 球体的自 身性质因素主要包括球体的密度、 直径, 球体表面 的粗糙度、 疏水性等 [8?12] . 上述影响因素已有较 多的研究, 除此之外, 球体温度对入水空泡的形成 具有更为复杂的影响. 目前, 仅有Marston等[13] 针 对温度对空泡形成的影响进行了研究, 其采用相对 于水有较低沸点和汽化潜热的氟化液体, 球体的温 度范围为22―240 ? C, 研究发现在相同速度条件下 室温球体没有产生空泡, 而加热到较高温度的球体 形成了空泡, 且与常温条件下疏水性球体产生的空 泡形态相似. 此外有少量的学者对高温球体入水 的减阻特性与传热特性进行了研究, 但未涉及入水 空泡的研究, 其中 Zvirin 等[14] 对高温球体入水的 阻力和传热系数进行了测量, 研究了球体自由落入 饱和水和过冷水中的沸腾特性;