【摘要】：激波沖擊下液滴的變形破碎問題是一個典型的多相流體力學(xué)問題,激波與液滴的相互作用還會造成典型的Richtmyer-Meshkov(RM)不穩(wěn)定性現(xiàn)象,研究液滴在激波作用下的變形破碎問題具有許多的工程和科學(xué)應(yīng)用價值,比如超音速雨滴侵蝕,多相混合物的燃燒和爆炸,液體霧化等。本文在激波管中對液滴在高速氣流中的變形破碎進行了實驗研究,并對激波與液滴的相互作用進行了數(shù)值計算研究。本文在豎直激波管和橫式激波管中對激波與液滴的相互作用進行了實驗研究,利用電熱破膜方法產(chǎn)生了較寬范圍的激波馬赫數(shù)(1.28-4.04),通過高速相機直接拍攝和激光紋影方法結(jié)合高速相機拍攝獲得了液滴在激波作用下的變形破碎過程和形態(tài)特征,定量分析了液滴的位移,橫向變形和軸向變形隨時間的變化關(guān)系,同時分析了液滴粘性對液滴變形破碎特性的影響。本文的數(shù)值模擬計算利用Gambit、Fluent等CFD計算軟件完成。采用多相流VOF模型和k-?湍流模型對水液滴和電子氟化液液滴在不同氣相中的變形破碎過程進行了二維數(shù)值模擬,得到了激波與液滴相互作用后液滴及周圍流場的物理特性,進一步分析了激波沖擊下液滴的變形破碎機理。通過對實驗結(jié)果和數(shù)值模擬結(jié)果的分析,本文得出如下結(jié)論:1.激波經(jīng)過液滴之后,液滴會經(jīng)歷變形-剝離破碎兩個主要階段;不同粘性液滴在激波作用下的變形破碎方式均為剝離破碎。2.液滴表面張力越小,液滴越易變形破碎,且變形破碎速率越快;在液滴變形破碎過程中,氣液密度比越大,液滴越容易變形破碎,在液滴變形破碎過程中為不穩(wěn)定性因素。3.在不同的液滴粘性情況下,液滴的初始加速度值都近似于一個常數(shù),同時液滴的初始加速度是激波馬赫數(shù)的遞增函數(shù),并且液滴的加速度隨著液滴粘性的增加呈減小的趨勢。4.液滴的橫向變形都經(jīng)歷了先增大后減小的非線性變化過程,軸向變形是一個先減小后增大的變化過程,液滴橫向變形的最大值隨著初始液滴直徑的增大而增大,隨著激波馬赫數(shù)的增大而增大,液滴的橫向變形尺寸隨著液滴粘性的增加呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢,橫向變形的最大值亦呈現(xiàn)相同的變化趨勢。5.液滴的粘性越大,液滴開始變形和破碎的時間越晚,液滴的變形破碎隨液體粘性的增大而減小,說明粘性在液滴破碎過程中始終起著阻礙抑制作用。6.液滴的迎風(fēng)面在波后氣流的作用下會出現(xiàn)變形失穩(wěn)現(xiàn)象,并發(fā)展演變出“尖釘”結(jié)構(gòu),液滴粘性越低,RM不穩(wěn)定性發(fā)展速率越快,同時“尖釘”的數(shù)量隨著粘性的增加出現(xiàn)先增大后減小的變化過程。7.數(shù)值模擬得到的壓強、速度和渦量有相似的變化趨勢,但變化速度不同,數(shù)值模擬結(jié)果與實驗結(jié)果在液滴變形階段的變化趨勢較為一致,但剝離破碎階段存在明顯差異,在電子氟化液滴在空氣中的數(shù)值計算模擬中,我們發(fā)現(xiàn)在液滴的迎風(fēng)面出現(xiàn)了“尖釘”結(jié)構(gòu),該“尖釘”結(jié)構(gòu)在其他的數(shù)值計算中并未發(fā)現(xiàn),同時在與之對應(yīng)的實驗中也沒有出現(xiàn)類似的“尖釘”結(jié)構(gòu)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O354.5

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