（安全技術(shù)及工程專業(yè)論文）激波與微粒相互作用研究.pdf

a b s 仃a c t碩士論文 a b s t r a c t i n t e r a c t i o n so fs h o c kw a v e sw i t hm i c r o p a r t i c l e sa t ea l w a y su s e di ni n d u s t r yd u s t e x p l o s i o na n dm i l i t a r yc l o u dd e t o n a t i o nw e a p o n i tp o s s e s s e sv e r yi m p o r t a n tr e s e a r c hv a l u e a n db e c o m e sh o tt o p i c h o w e v e r r e s e a r c hr e s u l t sa t en o tp e r f e c tb e c a u s eo ft h ec o m p l e x p r o c e s si n v o l v e dv a r i o u sk n o w l e d g e s u c h 嬲f(shuō) l u i dd y n a m i c s a e r o d y n a m i c s e x p l o s i o n m e c h a n i c sa n dh e a te t c s ot h e r es t i l ln e e df u r t h e rr e s e a r c h t h ep r e s e n tp a p e ri sd e v o t e dt oe x p e d m e n t a la n dn u m e r i c a li n v e s t i g a t i o no ft h es h o c k w a v ep r o p a g a t i o ni nam i x t u r eo fg a sa n ds o m eo b j e c t e x p e r i m e n t a li n v e s t i g a t i o n s y s t e m a t i c a l l yi n s p e c t e dh o wt h ev a r i o u sf a c t o r s s u c ha ss h o c kw a v es t r e n g t h l i q u i df i l m t h i c k n e s s a n dp a r t i c l es i z e o b j e c td e n s i t y a f f e c tt h ef l o ww h e ns h o c kw a v ei n t e r a c t sw i t h m i c r o p a t t i c l e t h ee x p e r i m e n t sa t ec o m p l e t e d i ns p e c i a ld e s i g n e ds h o c kt u b e a n dn u m e r i c a l s i m u l a t i o ns t u d i e st h ep a r a m e t e r so ff a e m a i ni n n o v a t i v er e s u l t sa r ea sf o l l o w s 1 t h ed e n s i t yo fl i q u i dc l o u dw o u l db eu n i f o r ma f t e rc o m p l e t e l ye x p a n d e ds h o c kw a v e i n t e r a c t i o nw i t ht h el i q u i df i l m t h ec o m p l e t e l ye x p a n d e ds h o c kw a v ec a nb eo b t a i n e da s l o n ga st h es h o c kw a v em o v e15 m m a f t e rw a v e l e a v i n gt h et u b ee x p o r t w h i l et h ed e n s i t y o f l i q u i dc l o u dw o u l d n o tb eu n i f o r ma f t e rt h es h o c kw a v ei n t e r a c tw i t ht h el i q u i df i l ma tt u b e e x p o r tb e c a u s et h ew a v ei sad i s c o u n t e de x p a n d e dw a v e 2 l i q u i dc o u l ds h a p e sa t ec h a n g e dw i t ht h ei n i t i a ll i q u i df i l mt h i c k n e s sc h a n g e dw h e n t h es a m es h o c kw a v ei n t e r a c tw i t hd i f f e r e n tl i q u i df i l m m o r e o v e r f o l l o w e dt h ei n c r e a s i n go f i n i t i a ll i q u i df i l mt h i c k n e s s c l o u ds h a p e sa r ec h a n g e df r o ms p i n d l es h a p et os p h e r e a sw e l l a st h er e l a t i o no fc l o u dv o l u m ew i t hi n i t i a ll i q u i df i l mt h i c k n e s si sau s h a p e dc u r v e 3 d e g r e eo fu n i f o r m i t yo fl i q u i dc l o u di sp r o p o r t i o n a lt ot h em a c hn u m b e rw h i l et h e s h o c kw a v ei n t e r a c t sw i t l ls a m et h i c k n e s so fl i q u i df i l m t h es h a p eo fc l o u dc a nb ec h a n g e d a st h ek i n do fl i q u i dc h a n g e d m o r e o v e r a f t e rt h em o r ev i s c o u sl i q u i di n t e r a c t i n gw i t hs h o c k w a v e i t sc l o u dw o u l da p p e a rs u n k e np 0 硫 o v e rt i m e s u n k e np o i n tt u r n st op e a l a tt h e s a m et i m e t h el i q u i dw h o s es u r f a c et e n s i o ni ss m a l l e ri se a s yt oc h a n g et ob ed e n d r i t i c a l l yo n t h ec l o u de d g ea f t e rt h es h o c kw a v ep r o p a g a t e si nam i x t u r eo fg a sa n dt h el i q u i d 4 b e h i n ds h o c kw a v e t h ep a r t i c l e ss p e e do fh o r i z o n t a lm o v e m e n ti s s m a l l e rt h a n v e r t i c a lm o v e m e n to b v i o u s l y a n dt h ep a r t i c l et r a j e c t o r yi sap a r a b o l a w h i l ec l o u ds h a p ei s t h ec o n ed u r i n gt h ep r o c e s s m o r e o v e r i n i t i a lv e l o c i t yo fp a r t i c l em o v e m e n ta n di n v e r s et o p a r t i c l es i z ea st h em a c hn u m b e rk e e p s t i l l 5 m a i nd e f o r m a t i o nf o r c e sa n do b j e c td e f o r m a t i o n sa t ed i f f e r e n ta st h ed i f f e r e n td e n s i t y o b j e c t si n t e r a c tw i t hs h o c k w a v e t h ef o r c ef o rl o wd e n s i t yo b j e c td e f o r m a t i o ni st h ei n c i d e n t w a v e a n dt h ea i rc a ni n v a d et h el o wd e n s i t yo b j e c t f o rt h el a r g e rd e n s i t yo b j e c t t h e d e f o r m a t i o n sf o r c ei st h et r a n s m i s s i o n d e n s i t yo b j e c t t h ed e f o r m a t i o n sf o r c ei s a i rc a nn o ti n v a d ei te l s e w a v e a n dt h ea i rc a nn o ti n v a d ei t f o rt h eh i 曲 t h et r a n s m i s s i o nw a v ea n dd i f f r a c t i o nw a v e a n dt h e 6 u s ed i f f e r e n tm e c h a n i s m sm a d et h em a t h e m a t i c a lm o d e lo fd r o p sc l o u d sd i s p e r s e di n a i rb y1 1 i 曲e x p l o s i v e t h er e s u l ti n d i c a t e dt h a tt h ed r o pf i s tb r e a k u pt i m ei sm i l i t a r y m a g n i t u d e a n dd r o p l e tn e a rt h es h e l la n dt h er e g i o no fd e t o n a t i o np r o d u c t si sl a r g e rt h a n t h o s ei nt h eo t h e rp o s i t i o n k e y w o r d s s h o c k w a v ei n t e r a c t i o n l i q u i df i l m s o l i dp a r t i c l e s d r o p sc l o u d c o m p u t a t i o n a ls i m u l a t i o n i i i 聲明 本學(xué)位論文是我在導(dǎo)師的指導(dǎo)下取得的研究成果 盡我所知 在本學(xué) 位論文中 除了加以標(biāo)注和致謝的部分外 不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或公布 過(guò)的研究成果 也不包含我為獲得任何教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的 材料 與我一同工作的同事對(duì)本學(xué)位論文做出的貢獻(xiàn)均已在論文中作了明 確的說(shuō)明 研究生簽名 二緲年月 日 學(xué)位論文使用授權(quán)聲明 南京理工大學(xué)有權(quán)保存本學(xué)位論文的電子和紙質(zhì)文檔 可以借閱或上 網(wǎng)公布本學(xué)位論文的部分或全部?jī)?nèi)容 可以向有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交并授權(quán) 其保存 借閱或上網(wǎng)公布本學(xué)位論文的部分或全部?jī)?nèi)容 對(duì)于保密論文 按保密的有關(guān)規(guī)定和程序處理 研究生簽名 2 量函墨 年 月日 頓上略文撒渡與微粒相互作玎 研究 1 緒論 1 1 研究背景和意義 一定強(qiáng)度的激波驅(qū)動(dòng)微粒 液體或固體顆粒 能形成團(tuán)簇懸浮在氣體介質(zhì)中 該狀 態(tài)的微粒被稱為氣溶膠 它不僅具有原介質(zhì)的物理 化學(xué)特性 且在沖擊波作用下 由 于非線性力學(xué)以及激波的復(fù)雜反射 衍射和渦流等綜合作用的干涉 氣溶膠的運(yùn)動(dòng)形態(tài) 及物理 化學(xué)狀態(tài)等部有一定的變化規(guī)律 氣溶膠的這一特性對(duì)研究粉塵爆炸預(yù)防 民 用氣象 森林滅火 飛行安全 軍事等用途方面都有重大意義 比如 森林滅火方面 在地面和空中進(jìn)行滅火作業(yè)時(shí) 滅火劑的拋灑方式與滅火效率和滅火成本關(guān)系很大 掌 握了滅火劑在拋灑時(shí)的運(yùn)行及霧化特性 便能更有效更經(jīng)濟(jì)的進(jìn)行作業(yè) 粉塵爆炸方面 在爆炸發(fā)生時(shí) 爆炸波前溫度 壓力及爆炸波傳播方向和速度的變化趨勢(shì) 更重要的是 爆炸波后的粉體流的速度如何增長(zhǎng) 飛行器在空中高速飛行 突然遇到空中雨滴 雨滴 和飛行器周圍空氣帽互作用時(shí)對(duì)飛行安全的影響 軍事方面的高能武器導(dǎo)電氣溶膠 f a e 等都需要?dú)馊苣z云團(tuán)的形成技術(shù)和理論支持 因此 近些年人們對(duì)該方面關(guān)注頗深 激波與微粒相互作用形成氣溶膠的過(guò)程是一個(gè)不穩(wěn)定的兩項(xiàng)流狀態(tài) 在自然生活和 工業(yè)工程中人們也總能發(fā)現(xiàn)此狀態(tài) 沖擊波引起的粉末的飛散 平板上無(wú)束縛的顆粒云 經(jīng)過(guò)沖擊被時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 利用顆粒層或泡沫保護(hù)爆破時(shí)其他建筑物 火山爆發(fā)時(shí)燃燒 碎屑物的流動(dòng) 雪崩等等 激波與微粒作用時(shí) 若是液體 一般會(huì)經(jīng)歷變形 兩次破碎 霧化的過(guò)程 若為蚓體 顆粒層經(jīng)過(guò)激波時(shí) 整體濃度會(huì)變少 且橫向和縱向方向濃度 變化不一樣 同時(shí)不同條件固體 拋撤的規(guī)律也不一樣 國(guó)內(nèi)外專家在澈波與微粒相互作用方面開(kāi)展了諸多相關(guān)研究 包括為激波拋撒微粒 的過(guò)程尋求合理的物理數(shù)學(xué)公式 激波與微粒作用時(shí)各參數(shù)的影響因子 激波與不同 形狀液滴相互作用時(shí)模型建立等 如 g a r d n e r t l 從受力穩(wěn)定性的角度探究拋撒霧化機(jī) 理 薛社生等 2 利用相似性對(duì)尺度效應(yīng)進(jìn)行過(guò)程規(guī)律性概括 w i e r z b a t 3 等人通過(guò)實(shí)驗(yàn) 研究及數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果對(duì)比來(lái)分析顆粒運(yùn)行中的主要影響因子 潘建平 4 i 等同樣用 實(shí)驗(yàn)和模擬對(duì)來(lái)研究激波作用產(chǎn)生的誘導(dǎo)氣流與液體的兩種形態(tài) 液幕和液柱的相互 作用過(guò)程 范寶春 5 l 等從被作用的介質(zhì)密度出發(fā) 研究激波與低密度物體相互作用的 特點(diǎn) 液體和固體介質(zhì)在氣流或激波作用下的分散和運(yùn)動(dòng)規(guī)律研究是一個(gè)典型的多相流 問(wèn)題 具有極其重要的學(xué)術(shù)和實(shí)用價(jià)值 如何對(duì)作用后形成的云團(tuán)形狀和介質(zhì)濃度控制 是應(yīng)用激波與微粒作用機(jī)理的關(guān)鍵點(diǎn) 所以必須首先弄清楚其中規(guī)律并將規(guī)律模型化且 最終回歸到機(jī)理問(wèn)題 近幾十年 國(guó)內(nèi)外專家從各個(gè)角度對(duì)激波與微粒相互作用進(jìn)行了 相關(guān)的實(shí)驗(yàn) 模擬和機(jī)理研究睜 但因?yàn)闅馊苣z中的微粒和沖擊波相互作用時(shí)涉及到 i 1 緒論碩士論文 各種復(fù)雜的流體動(dòng)力學(xué)以及熱交換等 研究還不是很完善 還需要大量深入研究 1 2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 激波與微粒相互作用形成的氣溶膠 其界面不穩(wěn)定性的后期發(fā)展是復(fù)雜的非線性現(xiàn) 象 很難單獨(dú)的從某方面來(lái)研究清楚 需要大量實(shí)驗(yàn)和計(jì)算研究 該方面的有關(guān)研究始于l e w i s 的一系列的實(shí)驗(yàn)研究 1 4 b i r k h o f 維l e w i s 的理論分析 基礎(chǔ)上 又提出了非線性界面發(fā)展的五階段劃分概念 1 5 1 6 1 b l o u n t 1 7 1 r e a d 1 引 j a c o b s 和c a t t o n 等人也進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)工作 1 9 至今研究成果比較顯著且被大多數(shù)人認(rèn)同的 當(dāng)屬法德聯(lián)合研究所 i s l i s l 的s a m i r a n tm 等人 2 0 利用多種測(cè)試技術(shù)研究了液體燃 料爆炸拋撒及f a e 云霧的形成過(guò)程 他們采用閃頻激光技術(shù)確定液滴粒徑 用光纖和激 光多譜勒系統(tǒng)測(cè)定液滴運(yùn)動(dòng)速度及液滴存在壽命及f a e 云霧爆轟反應(yīng)區(qū)的拋撒密度變 化 對(duì)于燃料被爆炸拋撒至無(wú)約束空間內(nèi) 用液體燃料著色方法及在其中加碘的方法進(jìn) 行可見(jiàn)光照相和x 射線閃光照相 另外 他們還利用熒光照相和高速照相獲得了外殼破 裂 液體噴出以及液膜破裂圖片 并確定了液滴拋撒粒徑的初始分布和初始尺寸等 這 些數(shù)據(jù) 多年來(lái)一直被認(rèn)為是用于液體燃料爆炸拋撒近場(chǎng)階段數(shù)值模擬的經(jīng)典數(shù)據(jù) 當(dāng)然 其他專家也在進(jìn)行相應(yīng)研究 r o s e n b l a n t tm 等人 2 l 為了實(shí)現(xiàn)液體環(huán)的軸對(duì) 稱徑向擴(kuò)展運(yùn)動(dòng) 建立了一種由豎直無(wú)膜激波管和液體環(huán)發(fā)生器組成的實(shí)驗(yàn)設(shè)備 可用 其觀察軸對(duì)稱液體環(huán)在軸向運(yùn)動(dòng)受約束時(shí)的形成 變形和破碎過(guò)程 對(duì)液滴破碎過(guò)程的 了解有助于理解液體在遠(yuǎn)場(chǎng)階段的二次破碎問(wèn)題 國(guó)外研究人員對(duì)液滴在氣流作用下的 變形 破碎問(wèn)題進(jìn)行了較為深入的研究 我國(guó)研究人員史紹熙 都大光等 2 2 2 3 通過(guò)實(shí)驗(yàn) 發(fā)現(xiàn) 在適當(dāng)?shù)臈l件下 非軸對(duì)稱模式會(huì)成為氣流運(yùn)動(dòng)中最不穩(wěn)定的模式 并肯定了該 模式在射流破碎中的重要作用 非軸對(duì)稱模式表明 液體在霧化初始階段會(huì)產(chǎn)生擾動(dòng)波 擾動(dòng)波由表及里 不斷向周圍與中心發(fā)展 并最終將射流撕裂成大液滴 之后大液滴進(jìn) 一步破碎成小液滴 除了實(shí)驗(yàn)研究 研究人員開(kāi)發(fā)了不同的程序?qū)馊苣z的過(guò)程進(jìn)行數(shù) 值模擬 其中最具有代表性的是d a v i d rg a r d n e r 開(kāi)發(fā)的對(duì)云爆過(guò)程近場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬 的c t h 程序及m i c h e a lwg l a s s 開(kāi)發(fā)的對(duì)云爆過(guò)程遠(yuǎn)場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬的k i v a f a e 程 序 在整體爆炸拋撒實(shí)驗(yàn)中 常用的測(cè)試方法是利用高速錄像機(jī)記錄氣被拋撒介質(zhì)在中 心裝藥爆炸產(chǎn)生的激波驅(qū)動(dòng)下 在空氣中形成可燃物氣溶膠云團(tuán)過(guò)程 2 4 2 5 1 先進(jìn)的光電 技術(shù)的引入更加促進(jìn)了云爆過(guò)程的實(shí)驗(yàn)測(cè)試技術(shù) 陳軍 2 6 等利用d o b b i n s 2 7 激光散射方 法研究了f a e 爆炸拋撒后流場(chǎng)的不同空間位置的液滴s a u t e r 平均直徑隨時(shí)間的變化過(guò) 程 劉奇 lt 2 8 等利用激光散射儀和紋影儀觀測(cè)到液體拋撒首次破碎并測(cè)得二次破碎過(guò)程 中液體顆粒尺寸 這些研究能對(duì)氣溶膠云團(tuán)形狀 云團(tuán)膨脹速度 云團(tuán)平均密度及固定 位置的平均顆粒尺寸進(jìn)行測(cè)試或預(yù)估 蔡慶軍 2 9 刁l j 等采用陰影照相技術(shù)觀測(cè)了液體環(huán)首 2 碩士論文激被與微粒相互作用研究 次破碎的過(guò)程 采用紋影法研究了液體環(huán)首次破碎后期液體的失穩(wěn)現(xiàn)象 用激光散射方 法研究了液體環(huán)的二次破碎過(guò)程 楊磊1 3 2 1 等研究了軸向氣流作用下液體軸對(duì)稱拋撒二次 破碎過(guò)程 胡揀 j 等利用紋影技術(shù)初步研究了炸藥爆轟后驅(qū)動(dòng)水外界面的變形過(guò)程 但 對(duì)炸藥與水的內(nèi)表面未進(jìn)行研究 同時(shí)北京應(yīng)用物理與計(jì)算數(shù)學(xué)研究所對(duì)云爆過(guò)程的數(shù) 值模擬進(jìn)行了大量的研究工作 擁有具有自主產(chǎn)權(quán)的大型計(jì)算程序 劉家驄 丁玨 解 立峰和席志德等1 3 蚰吼 在云爆過(guò)程的數(shù)值模擬方面也進(jìn)行了一些研究 軍事應(yīng)用中 云爆武器是氣溶膠的一個(gè)典型應(yīng)用 其作用原理是在戰(zhàn)斗音i 里裝填燃 料 作用時(shí)先將燃料拋撒在空氣中 一般通過(guò)爆炸拋撒 使燃料與空氣形成空氣氣溶 膠 適當(dāng)條件下 再將氣溶膠引爆 從而產(chǎn)生高溫高壓及沖擊波對(duì)標(biāo)的區(qū)或物造成一定 程度破壞 其性能優(yōu)越性也越來(lái)越受到各國(guó)的重視 從七十年代開(kāi)始我國(guó)已開(kāi)始對(duì)云爆 武器研究 同時(shí) 該方面的數(shù)值模擬計(jì)算也進(jìn)行了相應(yīng)研究 丁玨 3 6 等對(duì)形成過(guò)程進(jìn)行 了分階段模擬 用運(yùn)動(dòng)邊界處理方法建立了 維氣相流動(dòng)模型和液相運(yùn)動(dòng)模型研究近場(chǎng) 階段 用多相流模型描述云霧膨脹運(yùn)動(dòng)過(guò)程對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)階段研究 并將兩階段耦合 對(duì)拋撒 全過(guò)程編制程序 數(shù)值計(jì)算的云霧外形變化曲線與實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有較好的一致性 在此基 礎(chǔ)上 席志德等建立了更形象的二維軸對(duì)稱氣相流動(dòng)數(shù)學(xué)模型用于近場(chǎng)階段的流暢研 究 并在具有軸向速度的液體燃料爆炸拋撒過(guò)程進(jìn)行了應(yīng)用 蔡斌等則從數(shù)值計(jì)算結(jié)果 將液滴的破碎類型進(jìn)行分類 但其模型計(jì)算過(guò)程中忽略了液滴高速運(yùn)動(dòng)中相變問(wèn)題 園 氣溶膠彤成過(guò)程的復(fù)雜性 各項(xiàng)研究均未完全弄清氣云形成過(guò)程的激波與微粒作用機(jī) 理 比如 液體粘性對(duì)爆炸拋撒形成氣溶膠過(guò)程中 介質(zhì)變形 分裂 破碎以及湍流混 合過(guò)程影響研究在國(guó)內(nèi)外仍舊是空白 1 3 本文工作 本課題是國(guó)家自然基金項(xiàng)目 氣溶膠云團(tuán)形成過(guò)程的理論與實(shí)驗(yàn)研究 的主要研究 內(nèi)容之一 項(xiàng)目組前期研究已經(jīng)得出一定條件下的固體顆粒群和一定大小的水漓在弱馬 赫數(shù) 1 0 5 一1 2 6 的沖擊波下的形態(tài)變化和一些物理參數(shù)的變化規(guī)律 同時(shí) 將數(shù)值模 擬和相應(yīng)的寅驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比對(duì) 進(jìn)而更準(zhǔn)確解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 本文研究在原有基礎(chǔ)上 通過(guò)實(shí)驗(yàn) 數(shù)值模擬等方法 研究激波驅(qū)動(dòng)液膜 固體微 粒及不同密度物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 并對(duì)氣溶膠的典型應(yīng)用f a e 裝置拋撒過(guò)程進(jìn)行相關(guān)數(shù) 值模擬 探討不同形狀液體和不同物理參數(shù)的液體在激波驅(qū)動(dòng)作用下形成氣溶膠的拋撒 過(guò)程規(guī)律 揭示氣溶膠云團(tuán)形成的物理現(xiàn)象 提供氣液 氣固相間相互作用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 主要工作如下 1 激波與液膜相互作用的實(shí)驗(yàn)研究 2 激波與固體顆粒相互作用的實(shí)驗(yàn)研究 3 激波與不同密度物體相互作用的實(shí)驗(yàn)研究 j 1 緒論碩士論文 4 4 f a e 裝置拋撒數(shù)值模擬研究 碩士論文 激波與微粒相互作用研究 2 激波與液膜相互作用的實(shí)驗(yàn)研究 2 1 引言 因?yàn)橐后w原子化的應(yīng)用 如不穩(wěn)定燃燒火焰噴射 高速飛行器和雨滴相遇 可燃液 體與空氣反應(yīng)發(fā)生爆炸等情況 都涉及到液體破碎問(wèn)題 自從l a n e 在1 9 5 1 年對(duì)運(yùn)動(dòng)氣流中懸浮液滴的力學(xué)行為進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀測(cè)以來(lái) 大量研究 成果表吲盯j 在不同的w e b e r 數(shù)和o h n e s o r g e 數(shù)時(shí) 物體表現(xiàn)出各種不同變形和破碎模式 這個(gè)結(jié)論是毋庸置疑的 其中 w e b e r 數(shù)為慣性力和表面張力之比 o h 數(shù)是粘性力和表 面張力之比 按動(dòng)力學(xué)分類 液體可分別建立變形期和剝離破碎期的動(dòng)力學(xué)模型高速氣 流下 液膜迅速分裂成液滴 我們知道 當(dāng)w e b e r 1 2 球形液滴變形為狹長(zhǎng)環(huán)狀 并 最終分裂兩個(gè)小球形液滴 此狀態(tài)被稱為振蕩變形 當(dāng)1 2 w e b e r 弋 5 0 球狀液滴先變 形為橢球體 并在橢球體的最大截面積圓上率先破碎 因?yàn)闋顟B(tài)形似袋口 被稱為袋式 破碎 當(dāng)5 0 w e b e r 弋 10 0 球形液滴變形為橢球體后 除了最大截面積圓上發(fā)生破碎 同時(shí)在橢球體中心也有破碎 其狀態(tài)形似花中雄蕊 被稱為袋蕊破碎 當(dāng)1 0 0 w e b e r 3 5 0 球狀液滴被激波壓成很薄的片狀物 片狀物表面逐步破碎霧化 被稱為片狀剝 離 當(dāng)3 5 0 2 1 5 3 2 1 5 1 說(shuō)明水膜厚度對(duì)云團(tuán)水平方向成長(zhǎng)位移的影響比馬赫數(shù)大 圖2 1 1 為四種條件下水膜與激波作用時(shí) 云團(tuán)豎直方向成長(zhǎng)的位移隨時(shí)間變化趨 勢(shì) 圖中顯示 1 在5 0 0 0 9 s 內(nèi) 四條曲線斜率基本保持不變說(shuō)明云團(tuán)豎直方向位移的 成長(zhǎng)速度基本保持不變 2 1 0 1 5 3 曲線和0 2 1 5 3 曲線斜率分別比1 0 1 5 1 和0 2 1 5 1 大 說(shuō) 明豎直方向位移成長(zhǎng)速度與馬赫數(shù)成正比 3 同馬赫數(shù)下 豎直方向位移成長(zhǎng)速度的 與水膜厚度成反比 圖2 1 2 為四種條件下水膜與激波作用時(shí) 霧化云團(tuán)水平和豎直方向位移成長(zhǎng)比較 圖中顯示 1 水平方向位移增長(zhǎng)到1 5 0 m m 前 曲線斜率 0 5 即豎直方向增長(zhǎng)速度沒(méi) 水平方向快 2 水平方向位移增長(zhǎng)到1 5 0 m m 前 曲線基本保持線性走勢(shì) 即不論水平 方向或者豎直方向 云團(tuán)成長(zhǎng)速度基本不變 3 水平位移1 5 0 m m 處 2 1 5 1 曲線和2 1 5 3 曲線斜率突然增大 即此時(shí)豎直方向成長(zhǎng)速度比水平快 激波與水膜作用時(shí) 從瞬間受力分析 水一方面受到激波給的超強(qiáng)沖量 另一方面 有霧化水與空氣相對(duì)運(yùn)動(dòng)形成的氣動(dòng)阻力 流場(chǎng)受力異常復(fù)雜 但從一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)間段來(lái) 分析 瞬間加速度作用于水膜整體后 復(fù)雜受力瞬間結(jié)束 拋撒液體的運(yùn)動(dòng)應(yīng)遵循類似 平拋運(yùn)動(dòng) 這與圖2 1 0 2 1 1 2 1 2 中曲線特點(diǎn)相對(duì)應(yīng) 1 2 3 5 0 3 0 0 2 5 0 2 0 0 1 5 0 1 0 0 5 0 0 o 時(shí)間 i is 圖2 1 0 四種條件下水膜霧化云團(tuán)橫向位移隨時(shí)間變化曲線 獸鹽冱窟餐 碩士論文激波與微粒相互作用研究 6 0 0 5 0 0 4 0 0 3 0 0 2 0 0 1 0 0 o 01 0 0 02 0 0 0 3 0 0 0 4 0 0 0 5 0 0 0 時(shí)間 1 ls 圖2 1 l四種條件下水膜霧化云團(tuán)縱向位移隨時(shí)間變化趨勢(shì) 0 5 0 1 0 0 1 5 02 0 02 5 03 0 03 5 0 橫向位移 姍 圖2 1 2 四種條件下水膜霧化橫向位移與縱向位移比較 2 不同情況水膜形成的最大云團(tuán)參數(shù)規(guī)律 按照資料 3 9 所述 當(dāng)液體完全與原來(lái)狀態(tài)脫離時(shí) 此時(shí)的破碎可看做完全破碎 所 以本文將此刻的霧化云團(tuán)定義為最大云團(tuán) 依照上文所用方法獲得各實(shí)驗(yàn)條件下形成的 云團(tuán)直徑 高度 同時(shí)將云團(tuán)近似成橢球體 計(jì)算得出云團(tuán)體積 圖2 1 3 一圖2 1 5 分 別是不同強(qiáng)度激波作用于不同厚度水膜時(shí)拋撒形成的最大云團(tuán)直徑 高度 體積 分析 圖中曲線走勢(shì) 可以得出以下規(guī)律 1 某馬赫數(shù)下 隨著水膜厚度變化 云團(tuán)直徑 高度 體積走勢(shì)一致 且在6 m m 厚時(shí)各值都出現(xiàn)拐點(diǎn) 2 某一馬赫數(shù)下 云團(tuán)直徑 高度 體積變化隨著初始液膜膜厚度增加呈現(xiàn)先減小后增大的u 型拋物線變化趨勢(shì) 即 2 m m 和l o m m 相似 4 m m 和8 m m 相似 0 0 o o o 0 o 印 如 加 加 喜逾鞫姜 u弓娥羈要 2 激波與液膜相互作用的實(shí)驗(yàn)研究碩士論文 e m l i 5 4 3 5 0 一 4 1 m 2 1 7 3 3 0 0 量2 5 0 難2 0 0 刪1 5 0 匣1 0 0 1 h 5 0 o 旨 瑙 鍵 圓 1 0 0 0 0 0 0 o o o o 0 o 2 管o 1 5 鬟 圍 0 0 5 0 024681 01 2 水膜厚度 姍 圖2 1 3 不同強(qiáng)度激波作用于不同厚度水膜時(shí)拋撒的最大云團(tuán)直徑 e m l l 5 4 04681 0 1 2 水膜厚度 姍 圖2 1 4 不同強(qiáng)度激波作用于不同厚度水膜時(shí)拋撒的最大云團(tuán)高度 024681 01 2 水膜厚度 哪 圖2 1 5 不同強(qiáng)度激波作用于不同厚度水膜時(shí)拋撒的最大云團(tuán)體積m 3 3 同馬赫數(shù)下 不同厚度水膜拋撒狀態(tài)規(guī)律 因?yàn)橹亓ψ饔眉耙后w與空氣間的摩擦作用等 在一定馬赫數(shù)下 不同厚度水膜 其拋撒狀態(tài)不一樣 實(shí)驗(yàn)中總共有三種馬赫數(shù) 即三組圖片 比較每組圖片云團(tuán)成 長(zhǎng)規(guī)律 相互之間規(guī)律一致 選出馬赫數(shù)為1 7 3 時(shí)的一組圖片 見(jiàn)圖2 1 6 作為同馬 赫數(shù)下 不同厚度水膜的拋撒狀態(tài)說(shuō)明 觀察圖片發(fā)現(xiàn)以下規(guī)律 1 6 m m 水膜拋 撒霧化形狀與其他不同 2 隨著厚度增加 云團(tuán)形狀由紡錘體狀向球狀靠近 拋撒 密度也更均勻 實(shí)驗(yàn)條件 2 r a m 水膜 加高1 5 m m m 2 1 7 3 1 4 碩t 論文 激被與微粒相i 作用研究 實(shí)驗(yàn)條件 矗叁壘羹壘壘 4 m m 水膜 加高1 5 m m m 2 l7 3 一由 量壘壘 實(shí)驗(yàn)條件 6 m m 水膜 加高1 5 m m m 2 17 3 一一 壘 實(shí)驗(yàn)條件 8 m m 水膜 加高1 5 r a m m 2 1 7 3 實(shí)驗(yàn)條件 l o m m 水膜 加高1 5 r a m m 2 i7 3 一一一 圖21 6 馬赫數(shù)為i7 3 5 種厚度水膜的拋撒狀況比較 4 同水膜厚度 不同馬赫數(shù)下水膜拋撤狀態(tài)規(guī)律 2 觸被5 漣膜月 作用的實(shí)驗(yàn)研究 碩 論文 同水膜厚度不同馬赫數(shù)的拋撒圖片共有5 組 每組問(wèn)的變化規(guī)律一致 圖2 為 其中一組 從圖中可以看出 1 霧化云團(tuán)高度與馬赫數(shù)大小成正比 2 馬赫數(shù)越大 霧化云團(tuán)密度越穩(wěn)定 圖片中的黑暗程度越一致 實(shí)驗(yàn)條件 8 m m 水膜 加高1 5 r a n l m l i5 4 一一 盎 叁童叁壘 富一 實(shí)驗(yàn)條件 8 m m 水膜 加高i5 m m m 3 d 魯叁 圖21 7 三種強(qiáng)度激渡作用于8 m m 水膜時(shí)的拋撒情況 2 3 3 撤波拋撒不同液膜作用過(guò)程 1 水膜與丙三醇的高速錄像拋撒狀態(tài)規(guī)律 圖21 8 為馬赫數(shù)為18 的激波分別和l o m m 厚的水膜 丙三酵膜作用過(guò)程 我們知 道 丙三醇的表面張力小于水 但其粘性比水大 這些物性參數(shù)與液體拋撒狀態(tài)緊密聯(lián) 系 觀察圖片發(fā)現(xiàn) 在作用初期 丙三醇霧化云團(tuán)中點(diǎn)有凹陷 隨后凹陷處變成峰狀然 后整體變成規(guī)則扇形 而水膜霧化云團(tuán)始終保持球狀成長(zhǎng) 液體經(jīng)過(guò)變形 破碎小液滴 小液滴再進(jìn)一步變形破碎最終形成云團(tuán) 液體變形是 液體內(nèi)各微元體之間不斷發(fā)生相對(duì)位移的過(guò)程 當(dāng)液滴內(nèi)徽元體的位移超過(guò)一定范圍 時(shí) 液滴就要破碎 在此過(guò)程中 氣動(dòng)壓力使液滴變形 而表面張力和內(nèi)部粘性阻力阻 礙液滴變形 圖21 8 中丙三醇的霧化云團(tuán)形狀變化正是其內(nèi)部粘性阻力阻礙變形 導(dǎo) 1 6 碗 論女 澈墟與錘粒 互作川研究 致凹陷出現(xiàn) 所以從圖21 8 中能得出以f 規(guī)律 o 4 i n 物性參數(shù)的液體與激波作用時(shí) 形成的云團(tuán)形狀不同 2 表面張力小的液體形成的云團(tuán)邊緣易形成樹(shù)枝狀液條 實(shí)驗(yàn)條件 i o m m 丙三醇 加高1 5 m m m 3 1 8 日凸魯 實(shí)驗(yàn)條件 1 0 m m 水版 加高 5 m m m 3 叁叁 叁 叁 一一 j 圖218 激波作用于不同液膜時(shí)的拋撒情況 f 1 2 水膜與丙三醇拋撤最大云團(tuán)參數(shù)比較 與上文一致 此處最大云團(tuán)定義為 霧化云團(tuán)脫離了液體最初始位置時(shí)為最大云團(tuán) 圖21 9 和圈22 0 分別是兩種馬赫數(shù)下 水膜和丙三酵的最大云團(tuán)參數(shù) 因?yàn)閷?shí)驗(yàn)測(cè)試 條件有限 數(shù)據(jù)不是很多 兩圖的曲線走勢(shì)并不完全一致但兩者之間存在必然規(guī)律 觀 察兩圖發(fā)現(xiàn) 1 隨著馬赫數(shù)的增加 水和丙三醇的云團(tuán)直徑問(wèn)的差距變小 2 丙三醇 云團(tuán)直徑曲線比水的直徑曲線變化平緩 說(shuō)明水膜厚度對(duì)丙三醇水平方向的霧化速度影 響不如水膜明顯 a 最大云團(tuán)直徑 液麒厚度 叫 b 云團(tuán)體積膨脹速度 圖21 91 5 4 馬赫數(shù)下水和丙三醇拋撒云團(tuán)參數(shù)對(duì)比 2 激波與液膜相互作用的實(shí)驗(yàn)研究碩士論文 0 24681 01 2 液膜厚度 衄 a 最大云團(tuán)直徑b 云團(tuán)體積膨脹速度 圖2 2 01 8 馬赫數(shù)下水和丙三醇拋撒云團(tuán)參數(shù)對(duì)比 2 4 本章小結(jié) 在課題組之前研究基礎(chǔ)上 本章建立了一套系統(tǒng)化的激波管測(cè)試裝置 通過(guò)比較驗(yàn) 證選用2 0 0 目不銹鋼網(wǎng)作為承液物 并將其粘接在專門加工的2 4 6 8 l o m m 的法 蘭板上 從而形成不同厚度液膜 在壓力 高速錄像 高速陰影照相等測(cè)試系統(tǒng)的聯(lián)合 作用下 分別進(jìn)行了馬赫數(shù)為1 5 4 1 7 3 1 8 的激波與水膜和丙三醇膜的拋撒霧化實(shí) 驗(yàn) 并初步得到以下結(jié)論 1 實(shí)驗(yàn)裝置中承裝液體的不銹鋼網(wǎng)對(duì)激波馬赫數(shù)幾乎無(wú)影響 2 因?yàn)榧げㄍ耆蛎洉r(shí)與液膜的作用面積比激波欠膨脹時(shí)大 液膜距離激波管i 1 1 5 m m 比o m m 時(shí) 液體拋撒形成的云團(tuán)形狀更規(guī)則 密度更均勻 3 作用初期 1 5 0 0 1 咀s 水膜霧化云團(tuán)水平位移增長(zhǎng)速度快 隨后不再增長(zhǎng) 但豎 直方向在5 0 0 0 1 t s 內(nèi) 增長(zhǎng)速度均衡 4 液膜霧化云團(tuán)的水平位移與水膜厚度 激波馬赫數(shù)成正比 且初始液膜厚度對(duì) 水平位移影響更大 而豎直位移與馬赫數(shù)成正比 與厚度成反比 5 一定馬赫數(shù)下 液膜形成的最大云團(tuán)體積隨著初始液膜厚度增加呈現(xiàn)先減小后 增大的u 型拋物線變化趨勢(shì) 且隨著液膜厚度增加 云團(tuán)形狀由紡錘體向球體轉(zhuǎn)變 6 一定液膜厚度下 拋撒云團(tuán)均勻程度與馬赫數(shù)成正比 7 不同液體形成云團(tuán)形狀不同 在某個(gè)階段 1 5 0 0 弘左右 粘性較大液體云團(tuán)有凹 陷點(diǎn) 隨著時(shí)間推移 凹陷點(diǎn)處出現(xiàn)峰狀 且表面張力小的液體云團(tuán)邊緣更易生成樹(shù)枝 狀液條 1 8 o 9 8 7 丘5 4 3 2 l o 一 3 l 艘醬齡聰簟匠咐 碩士論文 激波與微粒相互作用研究 3 激波與固體微粒相互實(shí)驗(yàn)研究 3 1 引言 大多數(shù)從事粉體生產(chǎn)和加工工藝的產(chǎn)商都應(yīng)該關(guān)注粉塵爆炸的危險(xiǎn) 導(dǎo)致粉塵爆炸 的一個(gè)重要原因就是沖擊波在可燃粉塵與空氣間的傳播 粉塵爆炸式激波與固體顆粒相互作用的典型例子 爆炸波后的環(huán)境溫度和壓力變化 是一個(gè)復(fù)雜的平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變過(guò)程 特別是波陣面后的氣流運(yùn)動(dòng)速度的確定 尤其需要大 量實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬研究 該方面 s o o 等人和i v a n d a e v 等人分別于1 9 7 1 年和1 9 8 1 年對(duì) 其進(jìn)行了研究 針對(duì)激波與固體顆粒的相互作用研究工作時(shí) 沖擊波波后的氣流速度一般為亞音 速 超音速情況下的大馬赫數(shù)及大范圍的速度變化時(shí)速度的不穩(wěn)定方面涉及很少 其間 1 9 7 2 年時(shí)巴里和海特 1 9 7 6 年時(shí)巴里和斯特爾 分別通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到了大量單一顆粒與 激波作用時(shí)的氣動(dòng)阻力系數(shù)數(shù)據(jù) 另外 卡森和霍格蘭德分別在1 9 7 2 年1 9 7 6 年 海德 森在1 9 6 4 年 魯?shù)铝衷? 9 7 6 年 賽爾伯格在1 9 7 0 年 尼古拉斯在1 9 6 8 年都分別獲得 單個(gè)顆粒的氣動(dòng)阻力系數(shù) 與馬赫數(shù) 雷諾數(shù)相關(guān) 的實(shí)驗(yàn)數(shù)值 然而 高濃度下的顆粒 群與激波作用時(shí)的氣動(dòng)阻力擦系數(shù)值與單一顆粒與激波作用時(shí)的氣動(dòng)阻力系數(shù)值相差 很大 1 9 6 4 年哥比斯發(fā)現(xiàn) 濃度為5 的顆粒在低速兩相流中作用與濃度為1 的顆粒 在超音速噴射區(qū)作用時(shí) 顆粒群和單一顆粒表現(xiàn)的氣動(dòng)阻力系數(shù)差別相當(dāng)明顯 對(duì)于激波波陣面后的兩相流問(wèn)題特別是該過(guò)程中的特征 人們了解不多 需要更加 深入的研究 在2 0 0 0 年加拿大學(xué)者e z h a n g 通過(guò)液體炸藥產(chǎn)生沖擊波將球形的玻璃裝 置里顆粒群拋撒的實(shí)驗(yàn)研究及相關(guān)的數(shù)值模擬分析 研究發(fā)現(xiàn) 顆粒群穿過(guò)激波前鋒只 要取決于裝置形狀 裝置大小和顆粒群的密度 而且當(dāng)裝置大小一定時(shí) 顆粒群穿過(guò)波 前鋒的粒徑存在臨界值 本章進(jìn)行了顆粒群的相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究 其中 驅(qū)動(dòng)激波波分別由壓縮空氣和爆炸物產(chǎn) 生 3 2 壓縮空氣激波拋撒固體顆粒實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)在裝置2 2 中進(jìn)行 馬赫數(shù)1 4 管口沖擊波對(duì)4 0 6 0 目石英固體顆粒拋撒如圖 3 1 所示 固體顆粒置于不銹鋼網(wǎng)上 堆積形狀為直徑1 6 m m 高2 m m 的圓柱 1 9 3 撒波與周件微粒相互實(shí)驗(yàn)研究 硎 論女 口 口 口腳 圖3 l 馬赫數(shù)14 管口沖擊波 離管口1 5 r a m 對(duì)4 0 6 0 日石英固體顆粒拋撒 觀察圖31 發(fā)現(xiàn) 1 激波透過(guò)砂堆以規(guī)則的球形狀繼續(xù)往上走 并在金屬板的左右 兩端有規(guī)則繞射 2 激波的高能量給之前靜止的砂堆一個(gè)突然加速度 砂粒迅速向周 圍拋撒 3 悃為砂粒的反射作用 激波過(guò)后 在金屬板和激波管口之間的氣流混亂度 明顯增大 4 砂與激波作用初始時(shí)期 0us 因?yàn)樽杂啥却?表層砂粒首先被拋出并均 勻稀釋 同時(shí) 被稀釋的砂粒在流場(chǎng)中高速運(yùn)動(dòng) 加速了其他砂粒的拋撒 并成為后期 1 2 0u 訂沙礫拋撤的主要?jiǎng)恿?該現(xiàn)象與f z h a n 9 1 4 0 等在2 0 0 0 年的沙礫爆炸拋撤實(shí)驗(yàn) 中一致 3 3 爆炸產(chǎn)生激波拋撒固體顆粒實(shí)驗(yàn) 爆炸產(chǎn)生微波拋撒顆粒的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由拋撒推進(jìn)器 點(diǎn)火器 測(cè)壓系統(tǒng)及錄像機(jī)等組 成 拋擻推進(jìn)器見(jiàn)圖3 2 選取不同的膜片和裝藥量 即得到不同強(qiáng)度的激波 論文微波與微 目h 作月講究 巨 t oi 3 m sl 6 m s t 9 m st 1 2 m s 戶1 5 m s 蚓3 3 同體顆粒拋撒圈 堆密度i i4 9 e m 3 b 圈3 4 實(shí)驗(yàn)條仲 m l9 6 t 顆粒粒徑1 3 08 1i m m 顆粒質(zhì)量m 1 5 9 拋撒扣迷應(yīng)v 2 69 2 m s 3 撖波與同件微粒相 實(shí)驗(yàn)研究 論文 t 0t 3 m s i 6 m st 一9 m st 1 2 m st 1 5 m s 圖3 4 固體顆粒拋撒圖 堆密度p 15g k m 3 c 罔3 5 蜜驗(yàn)條件 m i9 6 顆粒粒徑d 0 4 2 m m 顆粒質(zhì)量m i5 9 拋撒初速度v 3 1 7 6 m s i 0t 3 bt 6 m sr 9 m sf 1 2 m s t 1 5 m s 圖3 5 吲體顆粒拋撒圈 堆密度p l6 5g k 一 d n3 6 實(shí)驗(yàn)條件 m 1 a 7 顆粒粒徑d 2 3 m m 顆粒質(zhì)量m 5 9 拋撒初速度v 2 15 2 m l s t lm st 0 m st 3 m st 4 m s1 5 m st 6 m st 7 m st 8 m s 圖3 6 固體顆粒拋撒圖 堆密度p i4 c m e 圖37 實(shí)驗(yàn)條件 m i4 7 顆粒粒釋d 08 1i m m 顆粒t 噩量m s g 拋撒初速度v 2 42 4 m s 碩 論女 撤被與微粒相 作用研究 i l l o仁lm s1 2 m st 3 m st 4 m s t 5 m st 6 m s 圖37 吲體顆粒拋撒圖 堆密度p l5 c m 3 f 圍3 8 實(shí)驗(yàn)條忭 m l4 7 t 顆粒粒徑d 04 2 r a m 顆粒質(zhì)顰m 5 9 拋撒初速度v 2 7 4 m s t ot im s t l l 2 m st 3m st 4r n st 5 m si 6 m st 7 m st 8 m s 圖3 8 同體顆粒拋撒圖 堆密度p l6 5g k m 3 g 目3 9 實(shí)驗(yàn)條件 m 15 5 t 顆粒粒徑d 2 3 m m 顆粒質(zhì)量m l g 拋撒初速度v 3 0i m s t ot m s t 2 m s 3 微波 蝌體微粒相 央 研究ml 論文 t 5 m s1 6 m st 7 m st 8 m st 9 m s 圖3 9 固體顆粒拋撒圉 堆密度p i1 4g c m 3 h 目31 0 實(shí)驗(yàn)條件 m i4 4 顆粒粒徑d 0 肛l r n m 顆粒質(zhì)暈m l g 拋撒初速度v 3 58 m s t 5 m sr 6 m s1 7 m st 8 i r i st 9 m s 嘲31 0 而體顆粒拋撒網(wǎng) 堆密度p i6 5g c m 3 3 3 2 分析與討論 1 n 體顆粒群運(yùn)動(dòng)軌跡分析 根據(jù)速度大小 激波u r 分為彌散激波 叩流場(chǎng)中氣體相對(duì)激波的速度大于氣體聲速 和完全彌散激波 即流場(chǎng)中氣體相對(duì)激波的速度小于氣體聲速 實(shí)驗(yàn)巾所用激波馬赫數(shù) 2 4 碰 論i 微波與微粒相互作用研究 m i9 6 屬于彌散激波 實(shí)驗(yàn)中各種粒徑大小的顆粒群拋撒運(yùn)動(dòng)軌跡如圖31 1 圖3 1 i 固體顆粒運(yùn)動(dòng)軌垃 圖中各曲線均為拋物線加速段 曲線斜率逐漸增大 即顆粒群運(yùn)動(dòng)速度隨著時(shí)間的 推移逐漸加快 由牛頓學(xué)分析 在加速段后必然有減速并最終停止運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 但由于視 場(chǎng)有限 無(wú)法獲得顆粒群運(yùn)動(dòng)后期狀態(tài) 速度減慢段 激波與顆粒群作用后 顆粒瞬間獲得運(yùn)動(dòng)初速度 開(kāi)始加速運(yùn)動(dòng) 而激波后氣體因 為摩擦阻力作用速度下降 溫度上升 此時(shí)激波后氣體 顆粒兩相溫度 速度非平衡狀 態(tài)便立即形成 在顆粒相和氣相達(dá)到下一個(gè)新平衡狀態(tài)之前 流場(chǎng)會(huì)出現(xiàn)一段時(shí)間非平 衡區(qū) 該時(shí)間內(nèi)氣相熱力學(xué)參數(shù) 壓強(qiáng) 密度和溫度以及運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)速度發(fā)生間斷 滿 足r a n k i n e h u g o n i o t 激波關(guān)系式 但隨著時(shí)間推進(jìn) 兩相之問(wèn)通過(guò)熱傳遞和阻尼作用 不斷地交換動(dòng)量和能量 并雖終達(dá)到下一個(gè)平衡狀態(tài) 同時(shí) 大粒徑顆粒的軌跡曲線的 斜率比小粒徑大 說(shuō)明在同激波強(qiáng)度下 大粒徑的運(yùn)動(dòng)的速度比小粒徑的大 2 激波與固體顆粒群作用的波系結(jié)構(gòu) 激波與顆粒群相遇時(shí) 顆粒群在瞬間獲得足夠的沖量向四周拋撒 同時(shí)顆粒群對(duì)激 波產(chǎn)生反作用 產(chǎn)生了反射激波和稀疏波等 壓力波形圖如圖3 1 2 圖31 3 所示 入射波反射波稀疏波 tm 5 圖31 2 激波與粒徑為2 3 r a m 的顆粒作用波形圖 3 激濁與吲體微粒相且實(shí)驗(yàn)q 院頓 論文 圖31 3 微波與粒徑為04 2 r a m 的顆粒作羽波形圈 圖中壓力值偏大曲線為破膜前壓力曲線 偏小的則是破膜后壓力曲線 從圖31 2 圖31 3 中可以看出 同強(qiáng)度微波 m 19 6 下 2 3 m m 粒徑的顆粒被作 用時(shí) 入射微波壓力為1 9 5 m p a 反射激波堆力為2 倍的入射激波壓力f 38 m p a 且反 射激波速度m 2 1 1 而04 2 r a m 粒徑的顆粒被作用時(shí) 入射激波壓力為22 6 m p a 反射 激波壓力為1 7 倍的入射激波壓力 3 9 m p a 其反射激波速度m 22 3 由此可見(jiàn) 同強(qiáng)度激波 m i9 6 作用下 堆密度p i6 5 9 c m 3 即顆粒粒徑 d 04 2 m m 的顆粒比堆密度p 14 9 c m 3 即顆粒粒徑d 2 3 m m 的顆粒的入射激波壓 力 a p l 03 1 m p a 反射激波壓力 a p 2 01 m p a 和反射激波速度 a m 01 2 的值大 分析上述現(xiàn)象 得出其原因 小粒徑顆粒 與激波作用后 流場(chǎng)中單位空間內(nèi)分布 的顆粒數(shù)會(huì)比大粒徑顆粒多 即激波穿過(guò)顆粒層遇到的阻力會(huì)越大 如圖31 4 所示 所以其反射激波強(qiáng)度和反射激波壓力也越大 t 3 4 本章小結(jié) 圖31 4 激波與顆粒群作h j 示意巨 x t x 激波與固體顆粒群的相互作用過(guò)程足一個(gè)典型的非線性力學(xué)過(guò)程 其中會(huì)出現(xiàn)激波 的復(fù)雜反射 衍射 聚焦等現(xiàn)象 并存在波后氣體 顆粒兩相溫度 速度非平衡狀態(tài) 本章通過(guò)比較同強(qiáng)度激波與不同粒徑顆粒群作用的圖片及壓力曲線可以得到以下結(jié)論 1 涸體顆粒與激波作用初期 表層顆粒最先被拋山并均勻稀釋 同時(shí) 被稀釋的 顆粒在流場(chǎng)中高速運(yùn)動(dòng) 加速了其他砂粒的拋撒 并成為顆粒后期運(yùn)動(dòng)主要?jiǎng)恿?ri擴(kuò)獬惜 群 晰 左 碩士論文 激波與微粒相互作用研究 2 激波與顆粒相遇時(shí) 顆粒群立即獲得一個(gè)巨大加速度 向四周拋撒 顆粒的運(yùn)動(dòng) 軌跡為規(guī)則拋物線 且粒徑大的顆粒運(yùn)動(dòng)速度更快 整個(gè)砂群的拋撒形狀為圓錐狀 3 在同強(qiáng)度激波作用下 顆粒粒徑與拋撒