烟火药水下燃烧产生气泡的特征规律研究(3)
2.2 水下气泡对噪声的影响
气泡在运动过程中，会发生膨胀、聚并以及被周围的水所逐渐冷却以至破裂等形变，从而引起水中的压力脉动，大量气泡的形变形成的压力脉动就会向周围乃至大气中辐射噪声。气泡作为一种有效的单极子声源，噪声是气泡在不断的生长、形变、合并以及溃灭等过程中所引起的。气泡的这些变化实际上就是由于气泡本身的体积脉动而导致周围流体的质量脉动，是一种典型的脉动体积声源[19]。
其中表征气泡形状的主要参数是雷诺数(Re)、韦伯数(We)、奥脱沃斯数(Eo)和莫顿数(Mo)。根据这些无因次数的大小，就可以判断气泡具有的形状。其中各参数的表达式为[20]：
式中， —气泡直径，m；
—气泡上升速度，m/s；
—气泡所处液体的黏度， ；
—气泡所处液体的表面张力，N/m。
在烟火药水下燃烧的实际过程中，从燃烧到结束，往往都是连续不断地产生许多气泡，它们积聚在一起形成一团带有气泡和液体的区域，即气泡云区。在浮力、重力以及气泡之间的相互作用等力的作用下，气泡会发生一系列的膨胀、破碎以及聚并等变化。其中造成气泡破碎的机理主要有三种[21]：一是由于液相速度梯度的存在，从而使得气泡发生拉伸形变而最终导致的气泡破碎；二是由于Rayleigh−Taylor 和Kelvin−Helmholtz 不稳定性造成的气泡破碎；三是由于湍流涡碰撞造成的气泡破碎。其中湍流涡碰撞引起的气泡破碎被认为是最主要的原因，目前绝大多数的学者都是围绕该机理而建立气泡破碎模型的。
2.3 产气量的测试
药剂产气量的计算可选择两种方法。一是采用密闭爆发器进行测试，二是通过反应的平衡方程式，通过理论计算，得出产气量。在本实验过程中没有进行密闭爆发器的测试，所有产气量均由理论计算得出。
2.3.1 密闭爆发器的简介
密闭爆发器是研究含能材料燃烧和能量性能的一种实验装置，该装置可以形成高压、定容的燃烧环境，能直接的测定出含能材料燃烧过程的压强（P）~时间（t）关系（或dp/dt~t关系）。测定的P~t曲线经过数学处理，可以分别得到含能材料能量示性数，含能材料燃烧气体生成状态的燃速（u）与P、气体生成的猛度与燃去量（ψ）的关系等参量。密闭爆发器的省时、耗费少、可以分离因素的特点，使得密闭爆发器试验具有简单使用的意义。
2.3.2 实验原理
在1868年和1875年期间，诺贝尔和阿贝尔用密闭爆发器研究了含能材料的燃烧情况，得到一个经验公式为：
式中 为密闭爆发器的内测得的最大压力；Δ为密闭爆发器内含能材料的装填密度； 为火药力； 为余容。
其他关系确定
（a）dp/dt~t, dp/dt ~p
直接由p~t曲线微分，求得dp/dt~t,dp/dt ~p。
（b）L~B曲线
B=Pi/Pm, ,其L~B曲线可由p~t曲线求得。
（c）燃速和压强的关系的确定
根据Ψ~t曲线，由含能材料的形状函数关系式 ，
求出Ζ~t,e~t,dp/dt~t曲线，最后求出燃速和压强的关系。从而求出燃速公式。
2.3.3 产气量的理论计算
几乎所有烟火药燃烧时均产生一定量的气相和固相产物，通过复杂系统平衡组成的程序计算即可得出产物中的气、固相含量的传统算法。
aA+bB→mC+nD
V= 22.4×n×1000/m （ml/g）
式中：V—烟火药的比容 （ml/g）
n—气体产物摩尔数；
m—烟火药的质量（g）
由上式既可计算出理论产气量。但由于烟火药组分配比多为负氧平衡，化学反应平衡式很难准确写出，所以得到的理论数值有一定差异，是本实验一个易出现误差的因素。
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