超声速条件下小液滴破碎机制的精细实验研究

Gas- particle transport and mixing are of fundamental as well as applied interest to a wide range of low‐ and high‐energy‐density phenomena. Flow and transport phenomena associated with interaction of a particle field with strong shock waves presents a particularly challenging modeling problem, for which there is presently very little experimental data. Experimental study of breakup and mixing phenomena associated with interaction of a small drop with Ma~3 strong shock wave at supersonic speeds, measurements are taken using shock tube setup and diagnostics of 200kHz high speed schlieren，5m resolution holography and PIV. Obtain experimental data, these viscosity effect of breakup time and breakup regimes，effect of drop diameter size，and the drag coefficient CD of single drop and breakuped particles. It may be helpful to applied model validation for drop breakup at supersonic speeds.

气粒输运和混合涉及低能量密度和高能量密度物理广泛的领域，在基础和应用方面得到广泛应用。强激波与颗粒相互作用下的输运和流动在物理建模上富有挑战性，而这方面的实验数据很少。采用激波管结合200 kHz高速阴影、5微米高分辨全息、PIV等先进诊断技术实验研究Ma~3强激波冲击、超声速气流条件下的液滴破碎以及和气体混合过程物理机理。实验获得百微米量级液滴的破碎时间、破碎模式的材料粘性影响机制，颗粒径尺度效应，单个液滴和颗粒群的阻力系数特性。为强冲击、超声速条件下的小液滴破碎的工程物理背景建模提供精确的实验依据。

液滴破碎过程涉及材料属性、加载强度、粒径尺度，是多尺度复杂问题，在发动机燃料破碎燃烧、武器物理、化工等方面具有重要应用，也是多相流基础研究难点和热点利用较高马赫数激波管加载方式获得强冲击加载条件，建立多脉冲激光全息、高速摄影等测试技术，实现了微米、纳秒的高时空分辨测试，获得不同材料、不同粒径、不同加载强度下液滴的变形破碎过程，为液滴破碎的无量纲机制分析积累大量实验数据。实验上获得不同粒径和加载强度下液滴变形破碎的粘性特征，从界面不稳定性发展和粘性流体力学分析了物理机制。丰富的实验数据为发展高粘性液滴流体动力学理论以及相关模拟提供校核的实验数据。航空煤油作为重要和广泛应用的燃料，研究其气动破碎的粒径和质量分布，对设计和物理认识具有基础价值。实验获得的百微米粒径煤油液滴的粒径分布规律能直接表征的液滴破碎程度，在衡量液雾场质量方法发挥着重要作用。