超声速气体浸没射流的数值计算和实验.pdf

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1、第65卷第11期化工学报、，01．65NO．112014年11月CIESCJournalNovember2014超声速气体浸没射流的数值计算和实验王超，汪剑锋，施红辉(浙江理工大学机械与自动控制学院，浙江杭州310018)摘要：从实验和数值计算两方面研究了超声速气体射流在水中的喷射过程。用高速摄影机拍摄了三维水下超声速气体射流的流场。针对实验工况，基于VOF方法，建立水下超声速气体射流的二维轴对称数值计算模型，并开展了相关数值模拟。成功模拟了射流初期气泡运动演化的复杂过程；分析了水下超声速气体欠膨胀射流的流场结构，包括流场的压

2、力和速度等参数分布以及变化规律。数值结果与实验结果对比得知数值计算结果不仅与实验数据吻合较好，而且给出了实验中没有发现的激波、膨胀波等流场结构。关键词：气液两相流；数值模拟：混合；超声速浸没射流；气泡运动DOI：10．3969~．issn．0438-1157．2014．11．011中图分类号：TQ027．32文献标志码：A文章编号：0438—1157(2014)l1—4293—08NumericalsimulationandexperimentsonsubmergedsupersonicgasjetsWANGChao，WANG

3、Jianfeng，SHIHonghui(SchoolofMechanicalEngineeringandAutomation，Zh~iangSci—TechUniversity，Hangzhou310018，Zh~iang,China)Abstract：Underwatersubmergedsupersonicgasjetisagasjetfromtheorificeornozzleintowateratsupersonicspeed，whichdiffusesinwaterflowandcausescomplexgas·wa

4、termixingandinterfaceinstabilities．Firstly,theflowfieldofthe3-dimensionalsubmergedsupersonicgasjetwasrecordedbyahighspeedcameraintheexperiment．Secondly,Ax—symmetricmodelwasestablishedfortheexperimentalcasebytheVOFmethod．Thenumericalandexperimentalresultsshowedearlye

5、volutionofbubblemotionofthejetandevolutionprocessofabubble，includinggenerating，growing，beingbrokenbythenextone，bulgingandback—attacketc．Thejetflowfieldstructures，suchasdistributionofpressureandvelocity,Machnumberintheflowfieldduringinjectionwereanalyzedbynumericalsi

6、mulation．Complexshockwave／expansionwavecellstructuresexistedinthefieldofthesubmergedjets，influencingtheparametersintheflowfieldsandleadingtothephenomena，suchasbulging，back．aRack．Theresultsofnumericalsimulationagreedwellwiththeresultsofexperiment．Keywords：gas-liquidf

7、low；numericalsimulation；mixing；submergedsupersonicjet；bubblemotion冶炼以及国防等工程中广泛应用，同时也是多相流引言动的一个基础理论研究方向，研究内容涵盖射流流当气体从喷管中以超声速喷入液体中时，气相型演变、气液边界演变、界面不稳定性、两相湍流在液相中做扩散流动，形成复杂的气液掺混与两相掺混和射流内部激波结构等卅。界面不稳定的现象。水下超声速气体射流在化工、在针对水下气体超声速射流的研究中，Aoki】2014—03—26收到初稿，2014．06—06收到修改稿。R

8、eeeiveddate：20l4．03—26．联系人：施红辉。第一作者：王超(1973一)，男，博士，讲师。Correspondingauthor：Prof．SHIHonghui，hhshi@zstu．edu．ca基金项目：国家自然科学基金项目(10802077)。Found