锥形分布的多股燃气射流在柱形充液室内扩展特性的研究
发布时间：2023-11-25 20:36
目前水下中小口径武器的发射方式有直接浸没在水中发射和采用挡水板隔水密封发射两种,分别对应膛内压力陡升和发射装置复杂的特点。本文提出一种燃气协同排水的新型发射方式,即:在弹体前端开设若干小孔,将弹后空间的部分燃气以射流的方式在发射管内形成气幕来排水。通过将发射环境由液体变为低压气体环境,可避免现有发射方式的不足。为了解这种发射方式的机理,需要研究发射过程中燃气射流与液体工质在柱形空间内相互作用的特性。以此为背景,本文开展了锥形分布的多股圆形燃气射流与液体工质在柱形充液室内相互作用特性的实验和数值研究。主要研究内容及成果如下:(1)锥形分布的多股燃气射流在柱形充液室内扩展特性的实验研究设计并搭建锥形分布的多股燃气射流与液体相互作用的可视化实验平台,采用高速录像系统记录多股燃气射流在柱形充液室内形成的多个Taylor空腔的演化过程,研究了破膜喷射压力和多孔喷嘴结构参数(喷孔直径、侧面喷孔喷射角度和侧面喷孔数目)变化下多股燃气射流的演化和气液掺混特征。结果表明:燃气射流在柱形充液室内的扩展可分为燃气射流初期发展阶段和燃气射流贴壁扩展两个阶段。燃气射流形成的多个Taylor空腔在初期发展阶段相互...
【文章页数】：169 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 气体射流与液体相互作用的实验研究
1.2.2 气体射流与液体相互作用的数值研究
1.3 本文主要工作
2 锥形分布的多股燃气射流在柱形充液室内扩展特性的实验研究
2.1 引言
2.2 实验装置及测量方法
2.2.1 模拟实验装置设计
2.2.2 测量系统
2.3 多股燃气射流在柱形充液室内的扩展特性
2.3.1 多股Taylor空腔演化特征
2.3.2 喷射压力对燃气射流扩展的影响
2.4 喷嘴结构参数变化对多股燃气射流扩展特性的影响
2.4.1 喷孔直径对多股燃气射流扩展的影响
2.4.2 侧面喷孔喷射角度对射流扩展的影响
2.4.3 侧面喷孔个数对射流扩展的影响
2.5 本章小结
3 多股燃气射流在柱形充液室内扩展的数理模型及典型工况的数值研究
3.1 引言
3.2 物理模型
3.3 数学模型
3.3.1 控制方程
3.3.2 多相流模型
3.4 计算方法
3.5 计算域及初边条件
3.6 网格无关性验证
3.6.1 计算网格的划分
3.6.2 网格无关性验证
3.7 相变过程对燃气射流扩展的影响
3.8 典型工况的数值计算结果与分析
3.8.1 多股Taylor空腔演化特性
3.8.2 气-液非稳态流场结构
3.8.3 气-液非稳态流场特征参数的时空分布
3.9 本章小结
4 喷孔结构变化对多股燃气射流在柱形充液室内扩展影响的数值研究
4.1 引言
4.2 中心喷孔直径对燃气射流扩展的影响
4.2.1 中心喷孔变化对Taylor空腔结构的影响
4.2.2 中心喷孔变化下流场特征参数的时空分布
4.3 中心喷孔、侧面喷孔直径同时变化对燃气射流扩展的影响
4.3.1 中心和侧面喷孔变化对Taylor空腔结构的影响
4.3.2 中心和侧面喷孔变化下流场特征参数的时空分布
4.4 侧面喷孔喷射角度对燃气射流扩展的影响
4.4.1 侧面喷孔喷射角度变化对Taylor空腔结构的影响
4.4.2 侧面喷孔喷射角度变化下流场特征参数的时空分布
4.5 侧面喷孔数目对燃气射流扩展的影响
4.5.1 侧孔数目变化对Taylor空腔流场结构的影响
4.5.2 侧孔数目变化下流场特征参数的时空分布
4.6 本章小结
5 喷射压力变化对多股燃气射流在柱形充液室内扩展影响的数值研究
5.1 引言
5.2 喷射压力变化对燃气射流扩展的影响
5.2.1 Taylor空腔的演化特性及流场结构
5.2.2 不同喷射压力下的流场特征参数的分布
5.3 喷射压力与侧孔喷射角度对燃气射流扩展的耦合作用
5.3.1 喷射压力与侧孔喷射角度耦合作用下Taylor空腔的演化
5.3.2 喷射压力与侧孔喷射角度耦合作用下流场特征参数的分布
5.4 喷射压力与侧孔数目对燃气射流扩展的耦合作用
5.4.1 喷射压力与侧孔数目耦合作用下Taylor空腔的演化
5.4.2 喷射压力与侧面喷孔数目对燃气射流扩展的耦合作用
5.5 本章小结
6 结论与展望
6.1 工作总结
6.2 论文创新点
6.3 工作展望
致谢
参考文献
附录
本文编号：3867816
【文章页数】：169 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 气体射流与液体相互作用的实验研究
1.2.2 气体射流与液体相互作用的数值研究
1.3 本文主要工作
2 锥形分布的多股燃气射流在柱形充液室内扩展特性的实验研究
2.1 引言
2.2 实验装置及测量方法
2.2.1 模拟实验装置设计
2.2.2 测量系统
2.3 多股燃气射流在柱形充液室内的扩展特性
2.3.1 多股Taylor空腔演化特征
2.3.2 喷射压力对燃气射流扩展的影响
2.4 喷嘴结构参数变化对多股燃气射流扩展特性的影响
2.4.1 喷孔直径对多股燃气射流扩展的影响
2.4.2 侧面喷孔喷射角度对射流扩展的影响
2.4.3 侧面喷孔个数对射流扩展的影响
2.5 本章小结
3 多股燃气射流在柱形充液室内扩展的数理模型及典型工况的数值研究
3.1 引言
3.2 物理模型
3.3 数学模型
3.3.1 控制方程
3.3.2 多相流模型
3.4 计算方法
3.5 计算域及初边条件
3.6 网格无关性验证
3.6.1 计算网格的划分
3.6.2 网格无关性验证
3.7 相变过程对燃气射流扩展的影响
3.8 典型工况的数值计算结果与分析
3.8.1 多股Taylor空腔演化特性
3.8.2 气-液非稳态流场结构
3.8.3 气-液非稳态流场特征参数的时空分布
3.9 本章小结
4 喷孔结构变化对多股燃气射流在柱形充液室内扩展影响的数值研究
4.1 引言
4.2 中心喷孔直径对燃气射流扩展的影响
4.2.1 中心喷孔变化对Taylor空腔结构的影响
4.2.2 中心喷孔变化下流场特征参数的时空分布
4.3 中心喷孔、侧面喷孔直径同时变化对燃气射流扩展的影响
4.3.1 中心和侧面喷孔变化对Taylor空腔结构的影响
4.3.2 中心和侧面喷孔变化下流场特征参数的时空分布
4.4 侧面喷孔喷射角度对燃气射流扩展的影响
4.4.1 侧面喷孔喷射角度变化对Taylor空腔结构的影响
4.4.2 侧面喷孔喷射角度变化下流场特征参数的时空分布
4.5 侧面喷孔数目对燃气射流扩展的影响
4.5.1 侧孔数目变化对Taylor空腔流场结构的影响
4.5.2 侧孔数目变化下流场特征参数的时空分布
4.6 本章小结
5 喷射压力变化对多股燃气射流在柱形充液室内扩展影响的数值研究
5.1 引言
5.2 喷射压力变化对燃气射流扩展的影响
5.2.1 Taylor空腔的演化特性及流场结构
5.2.2 不同喷射压力下的流场特征参数的分布
5.3 喷射压力与侧孔喷射角度对燃气射流扩展的耦合作用
5.3.1 喷射压力与侧孔喷射角度耦合作用下Taylor空腔的演化
5.3.2 喷射压力与侧孔喷射角度耦合作用下流场特征参数的分布
5.4 喷射压力与侧孔数目对燃气射流扩展的耦合作用
5.4.1 喷射压力与侧孔数目耦合作用下Taylor空腔的演化
5.4.2 喷射压力与侧面喷孔数目对燃气射流扩展的耦合作用
5.5 本章小结
6 结论与展望
6.1 工作总结
6.2 论文创新点
6.3 工作展望
致谢
参考文献
附录
本文编号：3867816
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