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激波与固体颗粒群相互作用时气动特性的实验研究
激波与固体颗粒群相互作用时气动特性的实验研究
摘要：
本文通过实验研究激波与固体颗粒群相互作用时气动特性，采用高速摄影技术记录实验过程中的颗粒运动轨迹以及激波影响范围，分析不同高度、不同激波强度下固体颗粒群运动规律及其对气动性能的影响。实验结果表明，激波与固体颗粒群相互作用时，固体颗粒群会出现跃起现象，且跃起高度随着激波强度的增加而增加。同时，激波会导致固体颗粒群周围气体的压缩、加速和温度升高，从而在一定程度上提高了气动性能。但过强的激波也会导致颗粒的击穿和破坏，对气动性能造成负面影响。
关键词：激波；固体颗粒群；气动特性；高速摄影技术
Abstract:
Inthispaper,theaerodynamiccharacteristicsoftheinteractionbetweenshockwavesandsolidparticlegroupswerestudiedbyexperiments.High-speedphotographytechnologywasusedtorecordthetrajectoryofparticlemovementandtherangeofshockwaveinfluenceduringtheexperiment.Themovementrulesandtheinfluenceofaerodynamicperformanceofsolidparticlegroupsatdifferentheightsanddifferentshockwaveintensitieswereanalyzed.Theexperimentalresultsshowthatwhentheshockwaveinteractswiththesolidparticlegroup,thesolidparticlegroupwillappeartojump,andthejumpheightincreaseswiththeincreaseofshockwaveintensity.Atthesametime,shockwavescompress,accelerateandraisethetemperatureofthegassurroundingthesolidparticlegroup,whichimprovestheaerodynamicperformancetoacertainextent.However,toostrongshockwavescanleadtoparticlebreakdownandnegativeeffectsonaerodynamicperformance.
Keywords:Shockwave;Solidparticlegroup;Aerodynamiccharacteristics;High-speedphotographytechnology
1引言
在工程领域中，激波与颗粒物相互作用的气动特性研究对于提高工程设计的可靠性和优化结构设计具有重要意义。在实际工程中，激波常常伴随着高速流动的气体在颗粒界面产生，这对颗粒运动和流动的相互作用产生了影响，同时也影响着气体动力学性质，因此研究激波和颗粒固体的相互作用问题具有重要的理论和实际意义。
2实验方法
2.1实验装置
本实验设计了如下图1所示的实验装置，主要包括激波生成装置、固体颗粒群装置和高速摄影系统。其中，激波生成装置采用气体爆轰驱动的激波管，产生的激波具有高强度且冲击时间短暂。固体颗粒群装置采用直径为10mm的钢球，通过压缩空气装置在不同高度投放，用于观察颗粒在激波作用下的运动特性。高速摄影系统采用1/50000s的快门速度，记录颗粒运动轨迹和激波影响范围。
图1实验装置示意图
2.2实验流程
实验中，首先设置激波管的气压和爆轰药量，产生不同强度的激波。将固体颗粒群引入装置中，并以不同高度进行快速投放。在实验过程中，将高速摄影系统放置在合适的位置，采用高速摄影技术记录实验过程中颗粒的运动轨迹。
3实验结果与分析
3.1颗粒运动特性
在实验过程中，记录了不同高度和不同激波强度下，颗粒在激波作用下的运动轨迹，如图2所示。
图2颗粒轨迹图
从图2可以看出，在激波作用下，颗粒群会出现明显的跃起现象，跃起高度随着激波强度的增加而增加。这是因为激波作用下，固体颗粒周围的气体会被加速、压缩和温度升高，进而产生上升的浮力，从而促使颗粒跃起。
3.2气动特性分析
3.2.1压力分布
在实验过程中，我们还记录了激波与颗粒相互作用时，周围气体的压力分布情况。如图3所示，在激波作用下，颗粒周围气体区域的压力明显升高，并且在激波正前方区域内的压力最高，表明颗粒周围气体受到了很大的压缩和加速作用。
图3周围气体压力分布图
3.2.2流