液态特种功能材料多数含有大分子物质,通常呈现粘弹性非牛顿特征,针对其在武器化应用中高效撒布、弹药安全设计及稳定发射的军事需求,提炼出聚合物溶液空化流动和射流破碎两个基础科学问题,系统开展聚合物稀溶液文丘里空化流动及射流破碎研究,主要研究内容和创新成果如下:基于文丘里非定常空化流动多视角、高时空分辨率测量,开展过滤水、三种浓度甘油溶液、不同分子量不同浓度聚合物溶液系列空化流动实验。依据实验流体空化流动特征,揭示了文丘里空化流动结构组成,提出了文丘里空化再流通层物理机制,对学术界有疑义的空化回射流现象进行了科学分析与阐释。发现了粘性加强文丘里空化流动中液体射流的剪切作用,使附着空化云长度增长的规律。针对聚合物溶液空化流动呈现的多蒸汽超临界空泡,提出了具有粘弹性特征的聚合物分子微观结构对空化核的致稳作用机理。从能量传递及粘弹性流体湍流边界层特征角度,定性分析了聚合物溶液抑制空化的机制。通过对聚合物溶液空化流动运动学规律分析,获得了文丘里空化体积振荡和脱落规律。揭示了聚合物溶液空化云大团脱落是由于空化云溃灭产生的冲击波传导至喉部短暂抑制空化发生所致,而空化云在流动过程中的二次脱落是由于多蒸汽的超临界空泡剧烈膨胀和破碎对射流的阻塞所导致。应用本征正交分解（POD）方法对粘性液体及聚合物稀溶液文丘里三维空化复杂流动进行模态分解,提取表征空化流动主要特征的模态及频谱特性,获得流体文丘里空化三维流动结构及特征尺寸。液体粘性使空化流动呈现三维结构,流道前、后壁面处发展出角涡空化层,对喉部沿线附着空化云逐渐形成“挤压”和抑制作用,角涡空化层由于湍涡分离而呈现不同尺度空化云脱落。POD的低阶模态表征了附着空化长度振荡和大团脱落特征,高阶模态表征附着空化云、角涡空化层多尺度二次脱落,脱落频率随脱落尺寸减小而增大。对5种PEO溶液在片状空化、云状空化对应的两种κ数下的流动进行模态分解,获得了表征不同分子量、不同浓度聚合物溶液空化流动特性的模态及对应频谱。低分子量聚合物溶液,空泡数量多、空泡体积小,空化流动较稳定,主要流动特征为前、后壁面角涡空化层较小尺度空化云脱落。随着PEO分子量增大、浓度增加,空泡数量减少,空化流动不稳定特征凸显,喉部大团空化云脱落增加,多蒸汽超临界空泡使附着空化云二次脱落加剧。聚合物溶液的粘弹性特征使流道前后壁面仅发展出较薄的角涡空化层,对附着空化云的挤压作用较弱。基于粘性液体和粘弹性液体文丘里空化流动模态分析结果,全面揭示了流体文丘里空化三维流动结构及非定常特性。开展过滤水和五种PEO溶液空化诱导振动信号时域和频域特征分析。PEO溶液不稳定空化流动及超临界空泡溃灭可诱导流道产生高加速度级冲击性振动,除500万分子量500ppm PEO溶液（空化被严重抑制）外,振动信号的峰峰值、均方根值、峭度值均大于过滤水。PEO溶液空化诱导振动特性为:随κ值减小,空化诱导振动信号逐渐从5k Hz向8k Hz频移,κ小于临界值时,28.7k Hz～29k Hz频带范围内振动信号该频带内的振动信号被激发;PEO溶液在12k Hz内相对于过滤水可诱导产生更高频的振动,当κ值达到临界值,28.7k Hz～29k Hz频带范围内振动信号占据主导。由经验模态分解（EMD）可提取出空化诱导振动信号中蕴含的空化流动附着空化云大团脱落的频率信息。开展聚合物稀溶液柱状射流破碎实验,获得聚合物溶液射流破碎发展过程以及射流破碎形貌光学图像,发现聚合物稀溶液具有较强的射流稳定性,分析得出液柱在喷嘴内形成的未松弛弹性应力是射流稳定性增强的主因;聚合物稀溶液射流破碎的典型特征是:随着液体射流速度增加,空气动力的强剪切作用使液膜和液丝先后从液柱不断剥离,在破碎的过程中观察到液柱因未松弛弹性应力存在而出现的大振幅扰动,验证了理论研究预测的粘弹性流体新的射流扰动形式。定义了表征聚合物稀溶液射流破碎程度的四种特征形态,分别是无液膜液丝形态、液膜破碎形态、液膜和液丝共存形态、网状液丝形态,根据聚合物稀溶液射流的Re数和De数划分了射流形态相图;获得聚合物稀溶液射流液柱和液丝直径随着射流速度增大不断减小,以及在相同射流速度下主液丝直径随聚合物分子量和浓度增大而减小的规律。