脉冲激光等离子体与正激波相互作用的PIV实验研究

作     者：王殿恺 石继林 黄龙呈 文明 张腾飞 Wang Diankai;Shi Jilin;Huang Longcheng;Wen Ming;Zhang Tengfei

作者机构：航天工程大学激光推进及其应用国家重点实验室北京101416 

出 版 物：《力学学报》 (Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics)

年 卷 期：2023年第55卷第5期

页      面：1063-1074页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080103[工学-流体力学] 0817[工学-化学工程与技术] 0714[理学-统计学（可授理学、经济学学位）] 0701[理学-数学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(12272133) 激光推进及其应用国家重点实验室自主课题资助项目 

主　　题：脉冲激光 等离子体 激波 粒子图像测速 流动控制 

摘      要：脉冲激光等离子体与超声速流场相互作用在飞行器减阻隔热、点火助燃等方面具有重要的应用价值.纹影实验方法只能定性或半定量地反映流动状态.为定量研究速度分布和旋涡结构,针对激光等离子体及其与正激波相互作用过程开展粒子图像测速PIV实验研究.在激波管实验平台上建立了纳秒脉冲激光能量沉积系统和PIV测量系统,通过定量测量,探明了激光等离子体引致的激光空气泡以及热核的流动特性,揭示了激光等离子体在正激波冲击下的流动特性与演化规律,并给出了激光能量大小和位置对相互作用过程的影响.结果表明:激光空气泡内的速度分布在激光入射方向上并不关于击穿点对称,而是在靠近激光入射方向一侧的流速略大于远离激光入射方向一侧;斜压导致热核在演化初期产生涡环,后期则由剪切主导;正激波与激光空气泡界面、热核界面相互作用时,产生斜压涡量,当激光能量为87.8 mJ、正激波马赫数1.4时,热核在正激波作用下产生的涡量比在静止空气中演化时大1个数量级;激光与正激波相互作用的关键过程是热核在正激波冲击下演化成涡环,在激波波前注入激光能量能够获得更加显著的涡环.