同心筒水下环形高速气体射流的实验研究

The submerged annular gas jet injected from Concentic Canister Launcher(CCL) is a typical gas jet with particular characteristics, which play a important role during Water Piercing Missile Launcher(WPML),and will be studied with experiments and theoretical analysis in this project. A high speed photo capture system and an image automatic processing system is employed to record and deal with the developing process of submerged annular gas jet. According to the processed image, the motion of jet bubbles and transition between bubbling/jet regime will be studied qualitatively and quatificationally. Some dimensionless parameters to judge the regime transition will be concluded, the primary factor affected "back-attack" will be seeked out, the relative importance of th RT and KH mechanisms on the gas/water interface motion will also be discussed，the relationship among penetration depth of annular jet and concerned parameters will be analyzed to obtain some approximate formula.

同心筒水下发射形成的高速环形射流，既包含了典型水下气体射流的通用特征，又具有其特殊性，在水下穿透发射中具有重要的应用价值。本课题以同心筒结构的环形水下高速气体射流为研究对象，利用高速摄影与计算机自动图像处理等手段，对环形水下气体射流过程开展实验与理论研究。通过对环形水下气体射流气泡流态、射流态演化过程、气/液界面运动参数的定性与定量分析，研究获取环形水下气体射流不同形态转变的判定标准，分析影响环形气体射流回击现象的主要因素，探讨环形气体射流气/液交界面不稳定性机理；寻找建立环形水下气体射流穿透深度与影响因素近似估算关系。

同心筒水下发射具有重要的军事应用前景和复杂的流动机制，其特有的环形水下气体射流，既包含了典型水下气体射流的通用特征，又具有环形射流的特殊性。本项目以环形水下气体射流为研究对象，自行设计搭建了环形水下气体射流实验研究系统，利用高速摄影与计算机图像处理等测试手段，对环形水下气体射流的发展演化过程进行了研究，研究比较了圆形/环形射流的发展差异，分析总结出环形射流/泡流在水下发展演化过程呈现随机喷出态、三周期流态、过渡态以及射流态四个不同阶段，利用两种无量纲参数变化规律，给出了不同流态划分的无量纲判据。实验研究了环形水下射流/泡流特殊流动现象，分析获得了三周期环形泡流运动驱动机制、气泡收缩、坍塌、穿刺等特殊现象下气泡受力特征。对于环形的水下气体射流，通过对高速摄影拍摄的图片进行后处理，分辨出射流边界随时间的变化序列，研究了水下气体射流中的夹断现象，并定量地研究了环形水下气体射流的基本特征参数，包括：射流半宽、射流初始膨胀角、气液掺混度、射流穿透深度以及射流持续时间、射流夹断次数、夹断频率等随着修正弗劳德数的变化规律；统计了气体体积分数和沿轴向发展，研究了射流边界不稳定性，初步分析了在射流的不同发展阶段的产生不稳定性主导因素。