水下超声速燃气射流气泡的生长及压力波传播特性实验研究

推进技术2011年6月Jun.2011

JOURNALOFPROPULSIONTECHNOLOGYVol.32No.3第32卷第3期

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水下超声速燃气射流气泡的生长及

*

压力波传播特性实验研究

1

汤龙生，刘

122宇，吴智锋，赵文胜

（1．北京航空航天大学宇航学院，北京100191；2．北京动力机械研究所，北京100074）

摘

要：为获取燃气射流对上游水域的影响特性，采用燃气发生器和水下实验系统，研究了水下超声速燃气

射流的气泡生长及演变过程，以及气泡压力波在水中的传播特性，并研究了压力波在水介质中的衰减规律。研究表明，燃气泡生长和“破碎”伴生着压力脉动在水介质中传播，气泡压力波的能量在水介质中快速衰减。

关键词：超声速燃气射流；水下；气泡；压力波；传播特性中图分类号：O358

文献标识码：A

4055（2011）03-0417-04文章编号：1001-

Experimentalstudyoncharacteristicsofbubblegrowthandpressure

wavepropagationbysupersonicgasjetsunderwater

TANGLong-sheng1，LIUYu1，WUZhi-feng2，ZHAOWen-sheng2

（1．SchoolofAstronautics，BeijingUniv．ofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China；

2．BeijingPowerMachineryResearchInst．，Beijing100074，China）

Abstract：Toinvestigateeffectsofsupersonicgasjetsunderwater，gasgeneratorandunderwatertestingsystemisusedtostudythegrowthandevolutionofgasbubblebysupersonicgasjetsandpressurepulsepropagationcharacteristicsunderwater．Thecharacteristicofpressurepulseattenuationisinvestigated．Theexperimentalresultsshowthatthegrowthandcollapseofthegasbubblecausethepressurepulse，andthepulsationcanquicklydecayunderwater．

Keywords：

Supersonicgasjet；Underwater；Gasbubble；Pressurewave；Propagation

1引言

易控制和测量方便、干扰因素少、成本低等诸多优点，但也存在有限水域模拟大面积水域的有效性问题，即：急速生成的射流气泡及由此产生的压力波传递到有限水域的壁面后会形成反射，直接影响着射流出口附近及其上游水介质场内传感器的测量结果；压力波对水介质场及其附近设备的作用也直接影响着模拟环境参数的有效性。因此，对水下射流气泡生成、发展过程的研究及气泡压力波在水介质中传输特性的研究变得十分重要。

作为水下超声速流动应用研究的一部分，本文针对典型超声速燃气射流在水下的工作状态，采用高压燃气发生器和拉瓦尔射流喷管，研究了水下燃气射流气泡的生长及演变过程，以及气泡形成所产生的压力

超声速燃气射流入射到水介质中的瞬间，形成较

高压强的燃气泡，并形成压力波在水介质中传播。该

［1］［2］现象涉及冶金化工、水下切割或焊接、火箭发动

［3］［4］

机水下工作、水下爆炸等领域，多年来一直作为［5，6］

。目前国内外针对气重要基础问题被广泛研究

泡的形成及演变、气泡内气体和射流喷管间的作用等

方面已经开展了大量的数值计算研究和试验测

［10～12］

，试研究工作从某种程度上，解释了高速射流气泡产生的原理及各种影响因素的作用规律。

就水下实验研究而言，采用实验室有限水域环境进行研究比采用天然大面积真实水域具有影响因素

*

［7～9］

12-15；修订日期：2011-05-04。收稿日期：2010-作者简介：汤龙生（1964—），男，博士生，研究员，研究领域为航空宇航推进理论与工程。

E-mail：tangls@sina.com

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