【摘要】：本文以電熱化學(xué)發(fā)射為工程背景,從實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬兩個(gè)方面對(duì)脈沖等離子射流在大氣中的擴(kuò)展特性進(jìn)行研究。主要研究?jī)?nèi)容及成果如下:(1)脈沖等離子射流在大氣中擴(kuò)展特性的實(shí)驗(yàn)研究設(shè)計(jì)脈沖等離子射流在大氣中擴(kuò)展的實(shí)驗(yàn)?zāi)M平臺(tái),采用壓電式壓力傳感器測(cè)量聚乙烯毛細(xì)管中的壓力變化特性,用數(shù)字高速錄像系統(tǒng)記錄等離子射流在大氣中的演化過程,同時(shí)研究了放電電壓及噴射破膜壓力對(duì)等離子射流擴(kuò)展特性的影響。結(jié)果表明:等離子射流擴(kuò)展時(shí),射流由初期的類圓錐體逐漸擴(kuò)展分成類圓錐體的射流頭部和類柱體的射流尾部,擴(kuò)展體積隨時(shí)間呈單峰分布,射流主體逐漸破碎并發(fā)生斷裂,亮度由強(qiáng)變?nèi)酢７烹婋妷夯驀娚淦颇毫υ龃髸r(shí),射流主體破碎加劇,擴(kuò)展位移增大,且最大擴(kuò)展體積顯著增大。(2)等離子射流在大氣中擴(kuò)展特性的數(shù)值模擬在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,建立了等離子射流擴(kuò)展的二維非穩(wěn)態(tài)數(shù)理模型,運(yùn)用FLUENT軟件對(duì)瞬態(tài)條件下等離子射流在大氣中的擴(kuò)展過程進(jìn)行了數(shù)值模擬,獲得了等離子體與空氣兩相界面的演化特性及流場(chǎng)中密度、壓力、速度和溫度的時(shí)空分布特性。結(jié)果表明:等離子射流在大氣中擴(kuò)展時(shí),噴嘴附近流場(chǎng)中出現(xiàn)馬赫盤,其下游溫度高而速度低,并伴有射流分叉現(xiàn)象,隨著射流的擴(kuò)展,分叉部分逐漸向中心合并。噴嘴近場(chǎng)處流場(chǎng)密度、壓力、速度和溫度變化較大,遠(yuǎn)場(chǎng)處的變化較小,各參數(shù)沿軸向具有脈動(dòng)性。射流軸向位移的模擬值與實(shí)測(cè)值較為吻合。(3)特征參數(shù)變化對(duì)等離子射流擴(kuò)展特性的影響為了分析特征參數(shù)變化對(duì)等離子射流擴(kuò)展特性的影響,運(yùn)用FLUENT軟件在1.5～3.5MPa噴射壓力范圍及3～5mm噴嘴直徑范圍內(nèi),對(duì)等離子射流在空氣中的擴(kuò)展過程進(jìn)行了數(shù)值模擬,獲得了不同工況下等離子射流擴(kuò)展過程中兩相界面的演化特性及流場(chǎng)各參數(shù)的變化規(guī)律。結(jié)果表明:噴射壓力和噴嘴直徑增大時(shí),等離子射流的軸向和徑向擴(kuò)展位移、射流分叉部分的尺寸及擴(kuò)展體積均隨之增大,但增幅減小�？傮w上射流的密度、壓力、速度和溫度也隨之增大。流場(chǎng)中馬赫盤的大小隨噴射壓力和噴嘴直徑的減小而不斷縮小,當(dāng)噴射壓力或噴嘴直徑減小到某一臨界值時(shí),流場(chǎng)中將不存在馬赫盤。(4)雙股等離子射流在大氣中擴(kuò)展及聚并特性研究建立了雙股等離子射流擴(kuò)展的三維非穩(wěn)態(tài)數(shù)理模型,并運(yùn)用FLUENT軟件進(jìn)行了數(shù)值模擬,獲得了兩股射流聚并及分離過程的演化規(guī)律及雙股射流場(chǎng)中壓力、速度和溫度的時(shí)空分布特性。同時(shí)對(duì)比分析了 2.5MPa和3.0MPa兩種噴射壓力及18mm和22mm兩種噴孔間距下,雙股射流在大氣中的擴(kuò)展特性。結(jié)果表明:雙股等離子射流在大氣中擴(kuò)展時(shí),兩股射流向內(nèi)側(cè)彎曲,從噴嘴噴出后約1ms內(nèi),射流頭部逐漸發(fā)生匯聚,隨后又逐漸分離。雙股射流的壓力、速度和溫度初期分布與單股射流相似,但擴(kuò)展后期,壓力波的高低壓相間現(xiàn)象消失。噴射壓力較大時(shí),兩股射流頭部匯聚的時(shí)間較早,持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng),湍流效應(yīng)更強(qiáng),射流整體的壓力、速度和溫度也較大,且沿徑向的分布也更加向中心集中。噴孔間距變化對(duì)雙股等離子射流擴(kuò)展特性的影響與噴射壓力則大致相反。
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O53;O358

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本文編號(hào)：2582208