三维水下超声速气体射流的实验研究

论文摘要

本文对三维水下超声速气体射流进行了实验研究，分析了气体射流流场及射流不稳定性。通过设计了一套三维水下超声速气体射流实验装置，实验研究两个不同设计马赫数的Laval喷嘴在不同工况下的水下超声速气体射流，说明回击现象的演化过程及比较不同工况条件下的流动情况，并统计了回击频率。重点分析了水下气体射流初期气泡的生长、长大及其运动演化过程。气泡的形态变化说明了气水边界运动复杂性，并且建立了可定量分析气泡形态变化的模型，通过参量的确定与数据处理，分析了气泡运动的某些规律，解释了非圆整度的含义，同时在分析中指出气体射流的动量射流段在理论分析与实际应用的重要性。在实验结果分析中得出相比大设计马赫数的喷嘴，在同条件下的水下气体射流，小设计马赫数的喷嘴更容易得到稳定的长度较长的动量射流的结论。研究了水下气体射流过渡段的演化及其内部包含能量变化的运动过程对水下气体射流的重要影响。针对潜射导弹破水发射技术的概念，在二维水下超声速气体垂直射流的实验基础上，利用量纲分析方法得到了气体动量射流段无量纲数与弗鲁德数、斯特鲁哈数之间的无因次关系式，为潜射导弹破水发射技术提供基础理论数据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究现状介绍
• 1.2.1 实验研究现状介绍
• 1.2.2 数值模拟现状介绍
• 1.3 本文工作
• 1.4 小结
• 第二章 实验系统
• 2.1 供气装置
• 2.2 实验装置
• 2.2.1 三维水槽
• 2.2.2 喷管组件
• 2.3 高速摄影仪
• 2.4 小结
• 第三章 实验方法简述
• 3.1 实验工况及某些参数
• 3.1.1 喷嘴设计马赫数计算
• 3.1.2 背压计算
• 3.1.3 实验工况选择
• 3.2 实验方法简述
• 3.3 小结
• 第四章 超声速气体射流流动可视化
• 4.1 水下超声速气体射流流动可视化
• 4.1.1 大喷嘴下气体射流可视化
• 4.1.2 小喷嘴下气体射流可视化
• 4.2 高超声速气体射流研究
• 4.3 小结
• 第五章 超声速气体射流初期形态探讨
• 5.1 初期气泡形成的可视化
• 5.1.1 初期气泡的形成及发展
• 5.1.2 不同工况下气泡生长过程的对比
• 5.2 初期气泡形态的变化及定量分析
• 5.2.1 非圆整度定义
• 5.2.2 初期气泡形态变化的定量分析
• 5.3 小结
• 第六章 超声速气体射流过渡段及回击探讨
• 6.1 气体射流过渡段探讨
• 6.2 回击现象及其频率统计
• 6.2.1 回击现象演化
• 6.2.2 回击频率统计
• 6.3 小结
• 第七章 垂直向上喷射射流量纲分析
• 7.1 潜射导弹破水发射技术介绍
• 7.2 垂直向上喷射射流量纲分析
• 7.3 小结
• 第八章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
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