激波與邊界層相互干擾

對(duì)水平圓柱形激波管內(nèi)的可壓縮性氣體與固體顆粒群的相互作用進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究和理論分析。

1) 激波管內(nèi)發(fā)生的是一個(gè)復(fù)雜的過程，包括激波與顆粒群的相互作用伴隨了激波、膨脹波的反射和透射，激波、膨脹波與接觸面的干涉，以及從固體端部壁面的反射等環(huán)節(jié)。本實(shí)驗(yàn)研究也揭示了該激波管進(jìn)行類似問題研究的能力。

2) 在其它條件相同時(shí)，顆粒裝載比、入射激波馬赫數(shù)的增大或者顆粒直徑的減小導(dǎo)致被顆粒群反射的第一道反射激波強(qiáng)度的增大。

3) 當(dāng)顆粒直徑為 6 mm、顆粒裝載比α = 1 時(shí)，透射激波被顆粒顯著地衍射，并有膨脹波緊隨其后，因此由透射激波引起的第一個(gè)壓力峰急劇下降。

4) 顆粒直徑的減小導(dǎo)致顆粒間的孔隙減小以及透射激波傳播路徑的增加，結(jié)果使得激波的反射、透射、衍射和聚焦更頻繁的發(fā)生，此外，還使得透射激波在激波管的軸向的相同位置衰減的更嚴(yán)重。隨著激波傳播距離的增大，初始峰值衰減率會(huì)減小，這是由于激波被上游顆粒相繼的衍射引起的，并且，裝載比越大衰減率減小得越快 。2100433B

激波與顆粒群作用是個(gè)典型的非線性過程，伴隨著激波反射、衍射和聚焦以及激波與顆粒尾跡渦的干涉。顯示了在氮?dú)怛?qū)動(dòng)、鋼球顆粒直徑 d =6 mm、裝載比 α = 1 時(shí)由傳感器 1 測(cè)得的動(dòng)態(tài)壓力。為統(tǒng)一起見，所有壓力都用 p1 作歸一化處理。入射激波恰好到達(dá)傳感器 1 位置的時(shí)刻作為橫坐標(biāo)的參考時(shí)間，即該坐標(biāo)值為零。在被箭頭 1 標(biāo)出的時(shí)刻，有一個(gè)壓力突跳。由箭頭 A 標(biāo)出的第一個(gè)信號(hào)平穩(wěn)帶對(duì)應(yīng)入射激波波后壓力 p2的測(cè)量值。在箭頭 2 標(biāo)出的時(shí)刻，有另一個(gè)壓力突跳。由箭頭 B 標(biāo)出的第二個(gè)信號(hào)平穩(wěn)帶對(duì)應(yīng)反射激波波后壓力 p5的測(cè)量值，該反射激波是入射激波與顆粒群相互作用引起的。

利用氣流通過激波時(shí)密度突變的特性，可借助光學(xué)儀器將激波形狀顯示出來或拍攝成像。飛行器在飛行中，激波的產(chǎn)生和它的形狀，對(duì)飛行器空氣動(dòng)力有很大影響，一些國家對(duì)高速飛行的飛行器作了大量的試驗(yàn)和研究，以便采用合適外形，推遲激波產(chǎn)生或減小波阻。激波可使氣體壓強(qiáng)和溫度突然升高，因此，在氣體物理學(xué)中常利用激波來產(chǎn)生高溫和高壓，以研究氣體在高溫和高壓下的性質(zhì)。利用固體中的激波，可使固體壓強(qiáng)達(dá)到幾百萬大氣壓（1大氣壓等于101325帕），用以研究固體在超高壓下的狀態(tài)。這對(duì)解決地球物理學(xué)、天體物理學(xué)和其他科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的問題有重要意義。