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柱形汇聚激波冲击球形重气体界面的实验研究

力学学报 2012年第3期44卷 473-480页

作者：王显圣司廷罗喜胜杨基明中国科学技术大学近代力学系合肥230027

采用高速纹影法实验研究了柱形汇聚激波与球形重气体界面相互作用的Richtmyer-Meshkov不稳定性问题.激波管实验段基于激波动力学理论设计,将马赫数为1.2的平面激波转化为柱形汇聚激波,气体界面由肥皂膜分隔六氟化硫(内)和空气(外)得到.... 详细信息

采用高速纹影法实验研究了柱形汇聚激波与球形重气体界面相互作用的Richtmyer-Meshkov不稳定性问题.激波管实验段基于激波动力学理论设计,将马赫数为1.2的平面激波转化为柱形汇聚激波,气体界面由肥皂膜分隔六氟化硫(内)和空气(外)得到.采用高速摄影机在单次实验中拍摄激波运动的全过程,对柱形激波的形成进行了实验验证,并进一步观测了汇聚激波与球形气体界面相互作用过程中的波系发展和气体界面变形以及反射激波同已变形界面二次作用的流场演化.结果表明:当柱形汇聚激波穿过气泡界面以后,气泡左侧界面极点沿激波传播方向保持匀速运动,气泡右侧界面发展成为射流结构,气泡主体发展成为涡环结构;在反射激波的二次作用下,流场中无序运动显著增强并很快进入湍流混合阶段.

关键词：柱形汇聚激波 Richtmyer-Meshkov不稳定性球形气体界面高速纹影法

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一种预混燃烧加热式定容燃烧弹的研发

华中科技大学学报（自然科学版） 2013年第8期41卷 121-127页

作者：邓鹏黄荣华张永林马寅杰华中科技大学能源与动力工程学院湖北武汉430074

为提高定容燃烧弹的适应性,增强其功能扩展潜力,采用模块化设计思想,研制出可满足预混燃烧、喷雾蒸发与燃烧等多种类型研究需求的可视化定容燃烧弹.为模拟内燃机缸内高温高压和氧体积分数可调的喷雾燃烧环境,采用乙炔+氧气预混合燃烧加... 详细信息

为提高定容燃烧弹的适应性,增强其功能扩展潜力,采用模块化设计思想,研制出可满足预混燃烧、喷雾蒸发与燃烧等多种类型研究需求的可视化定容燃烧弹.为模拟内燃机缸内高温高压和氧体积分数可调的喷雾燃烧环境,采用乙炔+氧气预混合燃烧加热法,试验结果表明:该方法可方便快速地模拟出氧体积分数为0%～21%、环境压力为0.04～10.00MPa和环境温度为300～1300K的喷雾燃烧环境;结合高速数字纹影法光学诊断系统,实现了对喷雾雾化过程、油气蒸发混合过程和喷雾着火燃烧过程的高速观测与记录;该试验平台为深入研究内燃机喷雾蒸发与燃烧过程提供了必要条件.

关键词：定容燃烧弹高速纹影法喷雾雾化喷雾蒸发喷雾燃烧预混燃烧

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激波冲击锯齿形界面的气泡竞争实验研究

空气动力学学报 2020年第2期38卷 339-347页

作者：翟志刚郭旭司廷中国科学技术大学近代力学系合肥230027

通过实验在激波管中研究了平面激波冲击锯齿形界面的流动不稳定性演化过程,重点关注锯齿形界面初始顶角角度对气泡竞争的影响。利用肥皂膜技术生成初始气体界面,并采用高速摄影结合纹影方法对波后流场进行观测。结果表明:在界面发展早期... 详细信息

通过实验在激波管中研究了平面激波冲击锯齿形界面的流动不稳定性演化过程,重点关注锯齿形界面初始顶角角度对气泡竞争的影响。利用肥皂膜技术生成初始气体界面,并采用高速摄影结合纹影方法对波后流场进行观测。结果表明:在界面发展早期,大、小界面几乎独立发展,说明气泡竞争在早期不起作用;随着时间发展,气泡竞争起作用,且随着锯齿形界面角度改变而变化,角度越小,界面上产生的斜压涡量越大,界面发展越快,气泡竞争越早出现且作用越显著。气泡竞争能够促进大气泡、抑制小气泡的振幅增长,且对小气泡的影响更大。气泡竞争同时会导致尖钉结构扭曲,进而改变界面总体振幅。气泡头部位移差在进入非线性增长之前会经历两个线性阶段,且第二个线性增长率较小,表明非线性效应在该阶段具有重要作用,大气泡受到非线性效应的影响更大。不同条件下的气泡位移差无法归一化,说明初始顶角角度对气泡竞争和界面演化具有重要影响。

关键词：激波管实验流动不稳定性界面演化气泡竞争高速纹影法

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天然气/柴油双燃料发动机同轴喷射特性分析

江苏大学学报（自然科学版） 2021年第3期42卷 249-256页

作者：李玉兰王谦黄英杰邵长胜康佳明相英杰江苏大学能源与动力工程学院江苏镇江212013 镇江高等职业技术学校江苏镇江212016

利用高速纹影法进行了天然气/柴油双燃料发动机同轴喷射试验,分析了不同天然气喷射压力和环境压力对天然气喷射的3种轮廓线周长变化的影响.采用CFD软件进行了数值模拟,利用ENSIGHT软件对双燃料发动机同轴喷射进行了天然气体积分数和速... 详细信息

利用高速纹影法进行了天然气/柴油双燃料发动机同轴喷射试验,分析了不同天然气喷射压力和环境压力对天然气喷射的3种轮廓线周长变化的影响.采用CFD软件进行了数值模拟,利用ENSIGHT软件对双燃料发动机同轴喷射进行了天然气体积分数和速度场分析.结果表明:随着天然气喷射压力的下降和环境背压升高,天然气射流的3种轮廓线周长均减小,且双燃料喷射比单燃料喷射的轮廓曲线波动剧烈;当天然气射流头部碰到柴油喷雾时,部分天然气会停在射流头部,影响整个射流的体积分数;天然气喷射压力越小,柴油对天然气射流的影响越大;从天然气射流头部到底部速度减小,在射流中部存在许多涡旋和涡量场,并且在柴油喷雾与天然气射流相互碰撞的区域出现了很小的湍流强度.

关键词：发动机天然气柴油双燃料高速纹影法同轴喷射卷吸数值模拟

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柱状汇聚激波冲击单模气体界面的实验研究

实验力学 2017年第6期32卷 733-740页

作者：李阳丁举春翟志刚司廷中国科学技术大学近代力学系先进推进实验室合肥230027

在自行设计和加工的半环形汇聚激波管中,开展了柱状汇聚激波冲击单模Air/SF6气体界面的Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定性实验研究。不同于以往的环形激波管,该激波管具有半圆形结构的实验段,使半环形管道和实验段都向外敞开,能够参考传统... 详细信息

在自行设计和加工的半环形汇聚激波管中,开展了柱状汇聚激波冲击单模Air/SF6气体界面的Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定性实验研究。不同于以往的环形激波管,该激波管具有半圆形结构的实验段,使半环形管道和实验段都向外敞开,能够参考传统水平激波管的方式设置初始扰动界面和观测系统。采用线约束肥皂膜的方法形成单模初始扰动界面。利用高速纹影成像技术得到了柱形汇聚激波作用下界面演化的完整过程。为了研究初始振幅对界面演化形态的影响,实验中生成了三种不同初始振幅的单模界面,并获得了三种工况下界面位移和扰动振幅随时间的变化。结果表明,汇聚激波作用下的RM不稳定性与平面激波有很大差别,主要原因在于汇聚效应,包括结构汇聚、流动压缩以及界面反相等。

关键词：柱状汇聚激波 Richtmyer-Meshkov不稳定性单模界面高速纹影法

流动肥皂膜气体界面及其在柱状汇聚激波作用下演化的实验研究

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实验力学 2011年第2期26卷 132-138页

作者：刘起立司廷翟志刚罗喜胜杨基明中国科学技术大学近代力学系合肥230027

在Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定性实验研究中,形成两种不同密度流体的初始扰动界面是前提和关键。本文提出了一种流动肥皂膜气体界面生成方法,其工作原理是由细丝构成的导流框从激波管实验段穿过,肥皂液从导流框的上端注入并在重力作用... 详细信息

在Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定性实验研究中,形成两种不同密度流体的初始扰动界面是前提和关键。本文提出了一种流动肥皂膜气体界面生成方法,其工作原理是由细丝构成的导流框从激波管实验段穿过,肥皂液从导流框的上端注入并在重力作用下在导流框中形成流动肥皂膜,膜的两侧可以分别充入不同密度的气体从而形成稳定的气体界面。改变导流框的结构可以得到多种界面形状,包括平面、柱形、分段光滑、弯曲和多层结构等。结果表明,该界面厚度小,易于形成特定的形状,与激波管实验段相匹配,而且维持时间足够长。本文利用流动肥皂膜气体界面生成方法开展了一种竖直界面在柱状汇聚激波冲击下演化的实验研究,通过高速纹影法获得了柱状汇聚激波的形状变化,得到了竖直SF6/空气界面RM不稳定性演化的整个过程。

关键词： Richtmyer-Meshkov不稳定性流动肥皂膜气体界面柱状汇聚激波高速纹影法

平面激波与V形air/SF_6肥皂膜界面相互作用的研究

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中国科学：物理学、力学、天文学 2015年第4期45卷 66-74页

作者：董平罗喜胜翟志刚中国科学技术大学近代力学系先进推进实验室合肥230027

本文采用实验和数值方法研究了激波与V形air/SF6界面相互作用的Richtmyer-Meshkov不稳定性问题.实验采用细线约束肥皂膜技术形成顶角分别为120°和60°的V形界面,并采用高速纹影法获得了界面的演变过程.同时采用VAS2D程序对该过程进行... 详细信息

本文采用实验和数值方法研究了激波与V形air/SF6界面相互作用的Richtmyer-Meshkov不稳定性问题.实验采用细线约束肥皂膜技术形成顶角分别为120°和60°的V形界面,并采用高速纹影法获得了界面的演变过程.同时采用VAS2D程序对该过程进行了数值模拟,并与实验结果进行了对比,获得了较好的一致性,验证了界面形成方法的可行性.结果表明,该种方法能够生成清晰的V形界面.对比两组结果发现,激波作用过程中的波系结构相似,界面边界及顶点处均有涡结构产生.但由于不同角度界面上斜压性不同,产生的涡量幅度不同,进而诱导界面产生不同的演变速度.定量测量了界面长度随时间的变化,发现归一化的界面长度演变规律是一致的,而涡心距的变化却呈现出较大的不同,表明不同角度的界面对不稳定性的发展有一定影响.

关键词： Richtmyer—Meshkov不稳定性 V形界面高速纹影法数值模拟

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柱状汇聚激波冲击单模界面的实验研究

柱状汇聚激波冲击单模界面的实验研究

作者：李阳中国科学技术大学

学位级别：硕士

当激波作用于具有初始扰动的两种不同密度流体分界面时,压力梯度和密度梯度方向的不重合引起斜压涡量的产生和发展,并伴随着复杂的流体力学现象,导致扰动振幅增长、界面失稳,最终出现湍流混合,这种流动不稳定性被称为Richtmyer-Meshkov ... 详细信息

当激波作用于具有初始扰动的两种不同密度流体分界面时,压力梯度和密度梯度方向的不重合引起斜压涡量的产生和发展,并伴随着复杂的流体力学现象,导致扰动振幅增长、界面失稳,最终出现湍流混合,这种流动不稳定性被称为Richtmyer-Meshkov (RM)不稳定性。近年来,由于其在科学和工程实际中重要的应用背景,有关RM不稳定性的研究逐渐受到重视,而汇聚激波作用下的RM不稳定性由于其在高能物理中的应用则显得尤为重要。然而在汇聚激波作用下的RM不稳定性研究中,如何在实验中生成一道形态可控的汇聚激波一直是该研究领域的一大难题。本文在课题组自行设计和加工的半环形汇聚激波管中生成柱状汇聚激波,通过实验结合数值模拟的方法研究了汇聚激波作用下的RM不稳定性。与前人工作相比,半环形汇聚激波管遵循环形激波管结构原理,但只保留了环形管道和实验段的一半成为半环形,为界面生成和流场拍摄提供了极大便利。利用高速纹影成像技术得到了柱状汇聚激波作用下单模界面演化的完整过程。通过改变初始激波马赫数和界面形状,获得了不同工况下界面位移和扰动振幅随时间的变化,研究了激波马赫数和单模界面初始振幅对实验过程的影响。结果表明,汇聚激波作用下的RM不稳定性与平面激波有很大差别,主要原因在于汇聚效应,包括结构汇聚、流动压缩以及界面反相等。

关键词： Richymyer-Meshkov不稳定性柱状汇聚激波单模界面高速纹影法

液-液斜界面Rayleigh-Taylor不稳定性粘性效应的实验研究

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液-液斜界面Rayleigh-Taylor不稳定性粘性效应的实验研究

作者：江荣宝浙江理工大学

学位级别：硕士

Rayleigh-Taylor(RT)不稳定性作为流体力学的普遍现象,它是指当轻流体受到持续加速度作用向重流体加速时,由于流体界面处压力密度与密度梯度不重合,即?p??(27)0,界面处的随机扰动振幅会随时间的发展经历线性阶段、非线性阶段后最终达到... 详细信息

Rayleigh-Taylor(RT)不稳定性作为流体力学的普遍现象,它是指当轻流体受到持续加速度作用向重流体加速时,由于流体界面处压力密度与密度梯度不重合,即?p??(27)0,界面处的随机扰动振幅会随时间的发展经历线性阶段、非线性阶段后最终达到湍流混合的过程。Kelvin-Helmholtz(KH)不稳定性是非均匀密度界面存在速度差形成剪切力诱导的一种界面不稳定性。一种或多种界面不稳定性耦合问题不仅在揭示界面失稳物理机制上有重要的理论价值,更在发动机内燃室等工程应用有重要价值,还在超新星爆发等天体动力学中有着重要应用。近年来在惯性约束核聚变如何实现内爆点火的大背景驱动下,一直受到广泛研究学者的关注。斜压效应作为诱导产生界面不稳定性的重要因素之一,如何分析斜压效应对RT稳定性诱导的界面失稳现象的影响规律是界面不稳定性中的经典问题。RT不稳定性与KH不稳定性耦合效应在界面演化的是相互竞争的关系还是相互促进的问题也深受学者们的困扰。流体的粘性作为流体重要的物性参数,与表面张力一样,一直被认为是抑制界面不稳定发展的物理量,但是粘性在诱导机制上是否与其他物理量相同,这样的讨论只出现了理论与数值模拟研究,关于这方面的实验研究支持较少。因此针对以上观点进行了以下研究工作:(1)通过改变高压段的压强,获得了两种不同大小的驱动加速度。利用高速纹影法对不同加速度下界面失稳演化规律进行了实验观测,大量实验结果表明在不同加速度下,混合区扰动增长规律差异明显。定义了混合区参数,定量分析了混合区宽度、角度随时间的演化关系。结果表明,同种加载加速度下,界面初始倾角只在演化后期影响着混合区宽度的发展。当界面倾斜时,混合区宽度不再增长时,混合区角度依旧处于增长状态。(2)在初始界面倾角为5°的条件下,通过使用不同粘性的轻流体,获得了三种不同粘性系数比的流体组合,改变重流体碘化钾溶液的质量分数,使得Atwood数均为0.169。大量的实验结果发现粘性的增加会抑制初始扰动振幅的数目与振幅的发展,在流体粘性系数比为最大值时,演化后期,混合区表面变得更加光滑,这与国内外同行发现的气泡合并理论一致。在其他初始条件都相同的条件下,只增加了界面初始倾角角度以研究不同的斜压项与RT不稳定诱导界面失稳的相互作用。同样利用高速纹影法对流场进行观测,为保证实验的准确性进行大量重复实验,得到流场发展图像。结果表明流体处于同种粘性比时,混合区扰动振幅增长趋势大致相同,混合区结构的发展方式也渐近一致。初始界面倾角增大,由于壁面的约束作用,混合区发生翻转的趋势增大,界面发生倾覆现象。(3)对实验中出现的变量进行了无量纲处理,发现混合区宽度与角度的增长规律,对混合区宽度增长进行拟合,发现了混合区增长速率与粘性比、初始界面倾角的关系。对混合区角度增长方式进行统计处理,得出了混合区角度随演化位移呈渐近线性关系。(4)利用片光技术搭建了PIV-PLIF同步测量技术,实验研究了流场中心界面流场内不同时刻处的速度-浓度分布,获得了流体粒子运动图与荧光图。利用Matlab编程语言对场内信息进行分析,得到了密度分布图等相关信息。

关键词：界面不稳定性惯性约束核聚变内爆点火斜压效应粘性效应高速纹影法 PIV-PLIF同步测量技术