《表2 各工况偏摆幅值：水下固体发动机燃气射流动态不稳定性冷流实验研究》

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《水下固体发动机燃气射流动态不稳定性冷流实验研究》

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图5为不同工况条件下垂直射流边界动态变化过程。受限于观测视窗尺寸，超出视窗范围的射流图像暂不作统计，从总体上看水下垂直射流高度和宽度随着射流的发展呈逐渐增大的趋势，其趋势为：初始阶段射流在径向及轴线方向均增长较快，随着射流的发展射流轴向及径向生长速度均减缓，射流径向发生左右摆动。射流高度随气体驻室压强的增大而增大，随着水深的降低而迅速增长，而射流宽度的变化趋势与之相反，随着气体驻室压强的增大而减缓，随水深的降低而减弱。射流左右边界的振荡较为剧烈，左右两边并不是同时均匀增加，其左右边界的摆动具有随机性，各工况垂直射流左右边界摆动最大幅值如表2所示（其中，d为喷管出口直径），工况3最大偏摆幅值为10.33mm而工况2最大偏摆幅值为7.513 mm，说明高压条件下射流偏摆程度较为剧烈。分析原因可知，随着气体驻室压强的增大，来流气体初始动量增大，射流气体冲破水环境惯性阻力沿轴线方向发展更容易，而在径向方向上由于射流的卷吸作用增强而出现较大程度的偏摆运动。相比于较高水深环境，气体射流在较低水深条件下环境流场压力相对较小，气体经喷管加速喷出射入水环境介质中需要排开的外界压阻就会相应减小，射流沿轴向方向发展更容易。对于射流左右边界动态振荡的原因，一方面是由于射流剪切不稳定性，即射流气液界面速度差所形成的开尔文-亥姆霍兹不稳定效应，导致射流边界和内部均发生不同程度的涡旋掺混特征，射流剪切边界层的发展导致涡结构破碎从而形成射流的失稳，另一方面是由于垂直射流的摆动受周围环境的影响，完全发展的垂直射流主体段由于卷吸及扰动作用与周围环境进行能量扩散，诱导自由液面产生波动，三维密闭水箱径向上的波动导致射流的受迫偏摆。