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。