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喷嘴直径对等离子射流扩展特性的影响

Influence of Nozzle Diameter on Plasma Jet Expansion Characteristics

作     者:薛皓琦 余永刚 XUE Haoqi;YU Yonggang

作者机构:南京理工大学能源与动力工程学院江苏南京210094 

出 版 物:《弹道学报》 (Journal of Ballistics)

年 卷 期:2023年第35卷第4期

页      面:27-34页

核心收录:

学科分类:082601[工学-武器系统与运用工程] 08[工学] 082603[工学-火炮、自动武器与弹药工程] 0826[工学-兵器科学与技术] 

基  金:国家自然科学基金项目(51506094) 

主  题:喷嘴直径 等离子射流 电热化学发射 数值模拟 扩展特性 

摘      要:基于脉冲等离子体的电热化学发射是一种新概念超高速发射技术,脉冲等离子射流的喷嘴直径对其扩展特性影响较大。为研究喷嘴直径的变化所带来的影响,建立了等离子射流在大气中扩展的非稳态二维轴对称模型,根据等离子射流在大气中扩展的特点设计了计算区域,并对计算域进行了网格无关性验证。选用Fluent软件对等离子射流自由喷射进行了数值模拟,设计了等离子发生器并开展了实验研究,验证了模型的合理性。针对5 mm、6 mm、7 mm三种喷嘴直径,数值分析了等离子射流扩展特性及特征参数变化规律。结果表明:等离子射流在大气中扩展时,喷嘴附近流场参数变化比较剧烈,后期随着喷射时间的推移逐渐衰减;喷嘴直径越大,Taylor空腔的扩展能力越强,初期主要表现在径向扩展,而后期主要表现在轴向扩展;同时扩展过程中压力呈现高低压相间分布的规律,等离子射流与空气的掺混现象也在增强,等离子体射流的Taylor空腔破碎加剧,说明等离子射流扩展稳定性随着喷嘴直径的增大受到了影响。

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