喷嘴直径对等离子射流扩展特性的影响

基于脉冲等离子体的电热化学发射是一种新概念超高速发射技术,脉冲等离子射流的喷嘴直径对其扩展特性影响较大。为研究喷嘴直径的变化所带来的影响,建立了等离子射流在大气中扩展的非稳态二维轴对称模型,根据等离子射流在大气中扩展的特点设计了计算区域,并对计算域进行了网格无关性验证。选用Fluent软件对等离子射流自由喷射进行了数值模拟,设计了等离子发生器并开展了实验研究,验证了模型的合理性。针对5 mm、6 mm、7 mm三种喷嘴直径,数值分析了等离子射流扩展特性及特征参数变化规律。结果表明：等离子射流在大气中扩展时,喷嘴附近流场参数变化比较剧烈,后期随着喷射时间的推移逐渐衰减;喷嘴直径越大,Taylor空腔的扩展能力越强,初期主要表现在径向扩展,而后期主要表现在轴向扩展;同时扩展过程中压力呈现高低压相间分布的规律,等离子射流与空气的掺混现象也在增强,等离子体射流的Taylor空腔破碎加剧,说明等离子射流扩展稳定性随着喷嘴直径的增大受到了影响。     

等离子射流在模拟液体发射药中扩展特性的数值模拟

为了深入认识液体工质电热化学炮中等离子射流的点火过程,开展了等离子射流在液体发射药LP1846模拟工质中扩展特性的研究,建立了等离子射流在液体中扩展的二维轴对称非稳态数学模型,并基于液体工质为水的文献实验进行模型验证。在此基础上对等离子射流在LP1846液体发射药模拟工质中的扩展过程进行数值模拟,分析等离子射流在扩展过程中形态的变化以及射流场压力、速度和温度的分布特性。结果表明,扩展过程中由于Taylor-Helmholtz不稳定性,等离子射流和液体发射药模拟工质两相间存在湍流掺混现象,并随着扩展逐渐加剧,表现为射流头部凸出并逐渐轴向拉长形成尖头,同时射流卷吸液体发射药模拟工质在Taylor空腔中产生液滴,且数量逐渐增多。此外,等离子射流扩展过程中近喷孔处由于液体发射药模拟工质回流而出现颈缩现象。射流场由于膨胀波-压缩波交替作用而存在波动现象,且在近喷孔处尤为剧烈,表现为压力场呈现高低压相间分布,速度场也呈类似分布。