激波冲击锯齿形界面的气泡竞争实验研究

发布时间：2024-03-13 04:33

　　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。

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【部分图文】：

图3激波冲击四种不同角度air/SF6锯齿形界面演化的纹影图

在纹影图中，可以发现在界面运动前方有一团浅色的物质。为了搞清楚这团物质是否为界面（这对测量界面振幅增长率至关重要），我们采用了粒子散射技术对θ=120°的工况进行了重新拍摄。这里采用能量为15W的连续激光器对流场进行照明，初始圆柱形激光经过透镜组转变为厚度约1mm的片光。采用....

图5V形界面顶角角度为60°、90°、120°和160°时大、小界面混合宽度的变化

图4θ=120°时纹影结果与片光结果的对比进一步地，我们给出了尖钉和气泡的宽度随时间的变化，如图6所示。尖钉和气泡的测量是以界面的平衡位置为基准，而平衡位置可以通过界面形状的傅里叶分析得到[45]。由于气泡竞争导致尖钉头部扭曲变化，可以看到，在无气泡竞争的θ=160°的工况中尖....

图1四种工况初始界面布置示意图

本文采用肥皂膜技术生成具有不同角度的锯齿形界面。如图1所示，为了研究气泡竞争，采用与Guo等[27]相似的方法，改变相邻两个V形界面的振幅，即大、小V形界面间隔排列，形成两个气泡结构，而初始尖钉结构的位置相同，从而可以突出气泡竞争的影响。本文共设计4种工况，顶角角度θ分别为60°....

图2θ=60°和θ=120°时尖点处细线的布置方法及界面生成装置

为了形成具有不同属性物质的分界面，本文采用空气和SF6气体作为实验气体。实验中，需要将界面右侧的空气替换为SF6气体。为此，在激波管尾端下部的小孔处通入SF6气体，将空气从尾端上部的小孔排出。实验段内SF6的纯度通过气体浓度检测仪保证。一旦SF6气体的纯度满足实验要求后，将两个小....

本文编号：3927196