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本论文工作是关于水下高速气体射流动力学特性的实验研究,通过压力测量和高速摄影,研究了流场中压力的动态变化特性和回击现象的演化过程。
压力测量的结果表明,在水下高速气体射流中,欠膨胀、适配、过膨胀三种工况下,射流近场区、上游壁面以及喷管出口端面都出现了间歇性、大幅值的压力脉冲,而空气中气体射流的上游壁面和喷口端面则没有此种压力脉冲。射流近场气相核心区内压力脉冲明显高于混合区和液相区,而且此区域中压力的动态变化在距离喷管出口2倍直径处最为剧烈。非适配工况下的上游壁面压力脉冲特性与适配工况下的有所不同,其中欠膨胀时压力脉冲较适配时幅值大频率小,而过膨胀时压力脉冲较适配时幅值小频率大,这些差异造成了非适配工况下的脉动压力强度高于适配工况。通过同时测量射流近场区、上游壁面和喷口端面的压力,表明了水下气体射流上游壁面和喷口端面的压力脉冲是下游射流内部压力脉冲诱导的结果。
在可视化研究中,借助于高速数字相机研究了水下高速气体射流的形貌,显示了气体逆流而上撞击喷口端面的回击现象,揭示了回击事件经历膨胀、分离、撞击和破碎四个过程。由于气体的聚集,射流一般是在喷管2倍直径距离的核心区内开始发生膨胀,接着膨胀部位分离成两个部分,其中一部分流向上游撞击到端面,并因受到阻碍而被挤压破碎成大量气泡,从而形成了回击。借助于压力测量和高速摄影的同步校验,确定了流场中压力脉冲和回击现象的关联。