气液两相动能发生器试验研究(5)
3 对射流雾化的影响[ - ]
液体射流是自然界和工程中大量存在的现象，对其分裂和雾化机理的研究具有重要理论意义和工程应用背景，多年来这一研究课题一直受到人们的广泛关注，并且做了大量工作。严吉春老师曾对运动可压缩气体中的射流雾化过程建立了三文数学模型，并对该模型进行了求解，最后对高速液体射流雾化过程的空间模式进行了分析。对其试验结果的分析，影响射流雾化的因素：
（1）射流速度的影响
无论对轴对称扰动还是非轴对称扰动,当气体运动方向与液体方向相同时，扰动增加率随气流速度的增加而减小。增加液体射流速度会使扰动增长率明显增大，即随液体射流速度的增加，其流动变得更加不稳定。也就是说，液体射流速度的增加更有利于雾化过程的进行。
（2）液体黏性的影响
液体的黏性在雾化过程中起着稳定性的作用，它的增加对雾化过程的进行是不利的。这是由于黏性具有耗散效应，它耗散扰动的能量，使扰动趋于稳定。
（3）表面张力的影响
轴对称和非轴对称扰动增长率均随着表面张力的增加而减小，这表明，表面张力不利于雾化过程的进行。表面张力的这种作用可以这样给出解释：因为雾化产生的液滴体积极小而数量极大，从而使得液柱表面积大大增加，其表面能也随之大大增加，故必须有其他力来克服表面张力做功，这个力就是周围气体对射流产生的气动干扰力。
（4）气体密度的影响
随着气体密度的增大扰动，增长率也增大，这说明气体密度在射流雾化过程中具有不稳定性的作用，它的增大能够加速雾化过程的进行。
（5）液体密度的影响
随着液体密度的增加，扰动增长率减小，即液体密度在射流雾化过程中具有稳定性的作用。
（6）喷嘴直径的影响
随着喷嘴直径的增加，轴对称和非轴对称扰动增长率均增大，即喷嘴直径在射流雾化过程中起着不稳定性的作用。
（7）音速的影响
现随着音速的增加扰动增长率减小，当音速为无穷（Ma=0），即气体为不可压流体时，扰动增长率最小，这说明气体可压缩性在液体射流雾化过程中具有不稳定性作用，这与文献中的结果一致。此外，气体的可压缩性对射流不稳定性的影响不大。
2 试验方案设计
2.1 动能发生器
2.1.1工作原理
考虑到武器对可靠性及稳定性要求较高，初步采用电引火药头。电引火药头发火引燃点传火药（黑火药），继而引燃推进剂；推进剂在密闭容器内迅速燃烧，放出大量能量及气体使发生器腔体内压力急剧上升；高压气体冲击隔水膜片，瞬间破膜；将液体部分汽化形成汽液两相流体，高压再次突破发生器顶端隔板；两相流体喷射而出清扫前方混凝土碎屑。
2.1.2 结构设计
（1）动能发生器整体设计
动能发生器设计的主要目的在于确定动能发生器本身的点火延迟情况、点火压强随时间的变化以及破片的破膜情况情况，以便为以后动能发生器的性能优化提供数据。该发生器使用普通的45钢作为主体材料，实验装置见图1，设计的整体压力为50MPa。实验装置使用标准的电引火药头引火，使用小粒黑作为点火药，使用药剂为推进剂A和推进剂B[ - ]。为了保证强度，并且由于构件主要使用螺纹配合生胶带、凡士林油作为闭气部分，所以构件的体积比较大。
图1 射流发生器实物图（左）整体装配图（右）
（2）射流发生器中部
射流发生器的中部是燃烧室，是整个构件中最重要的部分，也是整个构件中最薄弱处。首先，作为装药室，是燃烧发生的地方。燃烧产生的高温高压燃气，需要冲破中部下方的膜片，在整个射流形成过程中，压力最高。其次，在中部距离底部膜片约1cm处，有一个直径约10cm的孔洞，安装压电传感器。传感器的存在，对于中部的整体性破坏性较大。中部装药室的体积为35cm3，而底部盛装水的空间体积为41 cm3，装药室和装液室体积相差不大就是为了保证形成的射流具有足够的动能[ ]。