【正文】 環(huán)上脫落，同時(shí)，在吹氣的過(guò)程中要盡可能的控制液滴的大小，使肥皂液盡可能的均勻。 吹氣口處產(chǎn)生的反射激波對(duì)界面失穩(wěn)產(chǎn)生的影響。所以我們?cè)趯?shí)驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)盡量避免這種額外波系對(duì)界面變形產(chǎn)生的干擾。所以在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，要令吹氣口盡可能的小，并使其與激波管的內(nèi)壁保持相平，進(jìn)而削弱反射激波。因此，激波與柱形界面作用后界面隨時(shí)間的發(fā)展（，）相對(duì)激波與球形界面作用后的界面發(fā)展過(guò)程（，）來(lái)說(shuō)也較為清晰。對(duì)于柱狀界面，用二維彩色紋影可以明顯地拍攝出相互對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)渦的存在。最明顯的區(qū)別是，Jacobs等人氣體界面采用的是氦氣射流的辦法，減少了薄膜等因素的影響，同時(shí)其流場(chǎng)顯示采用的是激光誘導(dǎo)熒光的“切片”觀(guān)察方法，而本文采用的則是具有沿光路積分效果的紋影顯示方法，因而存在將三維變化全部重疊的缺陷。作為比較，[20]等人激波與柱狀形氦氣柱作用實(shí)驗(yàn)照片。通過(guò)對(duì)所得的黑白紋影和彩色紋影圖片對(duì)比可以看出，用彩色紋影拍攝出的圖片要清晰很多。在運(yùn)動(dòng)激波的作用下，圓柱形氦氣泡初始階段受到激波壓縮作用在流向的尺度縮小，呈橢圓狀（ b，c）。a. 作用后5μsb. 作用后30μsc. 作用后50μsd. 作用后60μse. 作用后150μsf. 作用后300μsg. 作用后450μsh. 作用后650μs 激波與柱狀界面相互作用的彩色紋影圖片，在激波與肥皂泡接觸前，肥皂泡能保持較好的柱狀（ a）。第二節(jié) 激波與柱狀氦氣泡相互作用的實(shí)驗(yàn)結(jié)果除了激波與球形氦氣泡相互作用實(shí)驗(yàn)之外，本文還進(jìn)一步開(kāi)展了激波與圓柱狀氦氣泡相互作用實(shí)驗(yàn)，得到了界面變形的黑白紋影、彩色紋影圖片。上半部的形變速度高于下半部的形變速度。此外，球形氣泡受到重力的作用，下方會(huì)有液滴聚集，因而界面液膜呈現(xiàn)出垂直方向上的不對(duì)稱(chēng)性，下部質(zhì)量稍有偏大。 Layes等激波與球形氦氣泡作用實(shí)驗(yàn)的陰影照片 本次實(shí)驗(yàn)中得到的激波與球形氦氣泡作用的彩色紋影圖片當(dāng)然，實(shí)驗(yàn)中還是存在一定問(wèn)題的。隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，氣泡的背風(fēng)面也逐漸發(fā)生了變形（），產(chǎn)生了一系列的渦環(huán)結(jié)構(gòu)（ i，j）。同時(shí)，由于氦氣中的音速比空氣中的高，可以看出透射激波在氦氣泡中的傳播明顯比在空氣中傳播的快（，c）。，圖中的時(shí)間表示激波與界面相互作用的不同時(shí)刻，激波是從左向右運(yùn)動(dòng)的，圖中白線(xiàn)為拍攝到的激波，下面陰影物體為支撐氣泡的吹氣裝置，圓形為供實(shí)驗(yàn)的球狀氦氣泡。由于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采用的是火花光源單次采集拍攝的辦法，故我們對(duì)失穩(wěn)過(guò)程的刻畫(huà)需要實(shí)驗(yàn)有較強(qiáng)的重復(fù)性，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，而通過(guò)計(jì)算可以知道，在誤差允許的范圍內(nèi)，因此我們可以忽略激波馬赫數(shù)變化帶來(lái)的影響。 激波管運(yùn)行的基本參數(shù)室溫T（K）高壓段P4(MPa)低壓段P1(MPa)兩傳感器距離L(cm)經(jīng)過(guò)兩傳感器的時(shí)間間隔Δt(ms)激波馬赫數(shù)MS實(shí)驗(yàn)值理論值280通過(guò)測(cè)量出的激波馬赫數(shù)MS=，按照激波管的基本流動(dòng)理論，可以計(jì)算出其他各區(qū)的基本實(shí)驗(yàn)參數(shù)。本實(shí)驗(yàn)過(guò)程雖說(shuō)比較復(fù)雜，但實(shí)驗(yàn)的重復(fù)性比較好，如果操作者能遵守實(shí)驗(yàn)規(guī)則，按照既定步驟進(jìn)行操作，實(shí)驗(yàn)一般都能順利完成。后來(lái)通過(guò)示波器測(cè)出了觸發(fā)信號(hào)和火花光源打火后產(chǎn)生的干擾信號(hào)之間的時(shí)間間隔，即火花光源打火的時(shí)間延遲。（3）時(shí)間同步的控制 由于從觸發(fā)信號(hào)發(fā)出到火花光源打火會(huì)有一定的時(shí)間延遲，所以在同步控制時(shí)應(yīng)給予考慮進(jìn)去。對(duì)于肥皂泡下重力形成的液滴的控制，我們采取在外面先吹出一個(gè)小的肥皂泡的辦法，這樣導(dǎo)管前端的肥皂液相對(duì)均勻很多，同時(shí)肥皂泡中氦氣的濃度也有所提高。我們采用的辦法是，在圓環(huán)上蘸少量的潤(rùn)滑液。同時(shí)，在破膜前，應(yīng)盡量放緩充氣速度，使其將膜片壓破，形成一道穩(wěn)定的激波。膜片的大小也應(yīng)盡量與圓管直徑相吻合。（1）、膜片的選擇由于膜片質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到破膜壓力的大小，關(guān)乎實(shí)驗(yàn)的成敗。實(shí)驗(yàn)時(shí)遇到的問(wèn)題及解決辦法做實(shí)驗(yàn)的過(guò)程是一個(gè)不斷解決問(wèn)題的過(guò)程，在解決問(wèn)題的過(guò)程中既鍛煉動(dòng)腦和動(dòng)手能力，又能熟練實(shí)驗(yàn)方法和操作過(guò)程。（10）、關(guān)閉示波器、延時(shí)器和壓力表。為了安全，用導(dǎo)電棍對(duì)火花塞高壓電容進(jìn)行放電。同時(shí)，壓力信號(hào)被示波器所記錄。同時(shí)記錄下破膜壓力。（7）、再次檢查各測(cè)量?jī)x器是否都處于準(zhǔn)備狀態(tài)?？紤]到肥皂泡的持續(xù)時(shí)間。實(shí)驗(yàn)人員在用螺栓連接兩部分時(shí)必須考慮使膜片能夠受力均勻、對(duì)稱(chēng)，防止膜片產(chǎn)生褶皺，因此要對(duì)稱(chēng)地上緊螺栓。（4）、在激波管的高壓段和低壓段之間安裝膜片。（2）、通過(guò)計(jì)算出的馬赫數(shù)，算出激波到達(dá)我們所需位置的時(shí)間，調(diào)節(jié)信號(hào)延時(shí)觸發(fā)器，控制火花打火時(shí)間。實(shí)驗(yàn)步驟（1）、根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求確定實(shí)驗(yàn)方案、調(diào)試光路和各測(cè)量裝置，使其滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)要求。三、 實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)由于本實(shí)驗(yàn)中的火花光源放電存在一定危險(xiǎn)性，因此實(shí)驗(yàn)一般有兩個(gè)人參加，這樣兩人即可在實(shí)驗(yàn)中互相幫助，又能防止意外。對(duì)于流場(chǎng)顯示采用經(jīng)典的黑白紋影和二維彩色紋影系統(tǒng)，光源采用的是前面提到的火花光源，由于火花光源的閃光時(shí)間為微秒量級(jí)，因此在實(shí)驗(yàn)中可以有效的捕捉到瞬態(tài)情況下界面的形變狀況。破膜后，壓力傳感器的信號(hào)將被示波器所記錄，通過(guò)激波先后通過(guò)兩個(gè)傳感器后壓力信號(hào)的變化，從而判斷出激波通過(guò)兩個(gè)傳感器的時(shí)間間隔，兩傳感器的距離通過(guò)測(cè)量我們可以得到，即可計(jì)算出激波馬赫數(shù)。紋影系統(tǒng)中采用的高壓花火光源也是本實(shí)驗(yàn)室自行研制的，其火花閃光時(shí)間為微秒的量級(jí)，可以有效的達(dá)到“凍結(jié)”流場(chǎng)的目的。在激波管的高壓段接一數(shù)字式壓力傳感器，用于高壓段壓力的測(cè)量。因此，實(shí)驗(yàn)裝置大致可以分為激波管系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)、同步控制三大部分。經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，采用恰當(dāng)配方吹出的氦氣泡在試驗(yàn)段可維持約30秒鐘的時(shí)間，基本滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)的需求。對(duì)于采用此種方法形成的氦氣泡，持續(xù)時(shí)間基本可以達(dá)到30秒以上，滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)要求。二、 圓柱形界面及球狀界面的生成在圓柱型界面實(shí)驗(yàn)中，采用在激波管試驗(yàn)段內(nèi)加裝直徑20mm的環(huán)形支架的方法，其中兩圓環(huán)間的距離為20mm。適量的甘油可以起到減緩揮發(fā)，增長(zhǎng)肥皂泡持續(xù)時(shí)間的作用。但總體上來(lái)說(shuō)，還是可以為肥皂泡配置比提供一定的參考依據(jù)的。這主要是由兩次實(shí)驗(yàn)時(shí)所處環(huán)境的空氣濕度、氣流速度不同所致。由于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的影響因素比較多,像周?chē)諝鈹_動(dòng)、空氣的濕度、肥皂液的均勻程度、吹時(shí)的氣流速度、入射角度、玻璃板表面的潤(rùn)滑液等都可能對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響，故我們實(shí)驗(yàn)中采用多組測(cè)量取平均的方法，從而減小實(shí)驗(yàn)誤差。由于肥皂液配方中含有三種成分，我們?cè)诒壤x擇過(guò)程中采用固定其中兩種，以另一種為變量，從而測(cè)出膜的持續(xù)時(shí)間與變量的關(guān)系，從而確定出最佳的配制比。通過(guò)將洗手液、甘油、水三種成分按照一定比例混合，即可配置出滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)要求的肥皂液。本次實(shí)驗(yàn)過(guò)程中選用的是“丹姿”綠茶洗手液。一、 肥皂液的配制及膜性質(zhì)的初步研究在肥皂液配置的初期階段，無(wú)論是材料的選擇，還是比例的配置，都經(jīng)歷了一段漫長(zhǎng)的摸索過(guò)程。用Xc表示試驗(yàn)段模型所在位置，可以得到真空罐t[Δt]2tc 激波管實(shí)驗(yàn)的裝置簡(jiǎn)圖模型低壓段高壓段x0Xc1SCRrRts432L第二節(jié) 界面的生成RM不穩(wěn)定性研究的另一個(gè)重要方面是氣體界面的產(chǎn)生方法，在研究的起步階段圍繞界面生成與初始擾動(dòng)的成形方面經(jīng)歷了一個(gè)艱苦和細(xì)心的摸索過(guò)程，所形成的界面要求既能有效地隔離兩種不同的流體介質(zhì)，又要盡可能減少隔離物在界面運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的影響，還要保持所需的初始界面形狀。首先考慮可供實(shí)驗(yàn)的時(shí)間，假設(shè)下圖代表的可供實(shí)驗(yàn)的時(shí)間為，則有其中X2為低壓段的長(zhǎng)度，從而低壓段單位時(shí)間的長(zhǎng)度可以表示為：另外，對(duì)于最佳長(zhǎng)度比，由于激波管的高低壓段是有限長(zhǎng)度的管子，因此，非定常波（激波和稀疏波）在高低壓段中傳播的時(shí)候，必然出現(xiàn)反射和干擾現(xiàn)象，使得激波管的有效實(shí)驗(yàn)時(shí)間縮短。 激波管中2區(qū)氣體的流動(dòng)參數(shù)，壓力比、密度比和溫度比可以表示成為激波馬赫數(shù)的函數(shù)： 激波管3區(qū)的流動(dòng)參數(shù)，音速比、靜溫比、密度比、靜壓比和氣流馬赫數(shù)分別為： 激波管5區(qū)的流動(dòng)參數(shù)，靜溫比、密度比、靜壓比、和氣流馬赫數(shù)分別為：三、理想激波管可供實(shí)驗(yàn)的時(shí)間和最佳長(zhǎng)度比理想激波管中2區(qū)或3區(qū)均勻氣流的持續(xù)時(shí)間是短暫的，而且，它往往還受到反射激波或者反射稀疏波波頭的破壞。我們將利用理想激波管流動(dòng)的六個(gè)基本假定，推導(dǎo)出高低壓段初始?jí)毫Ρ扰cMs的關(guān)系式，以及2區(qū)和3區(qū)氣流參數(shù)的計(jì)算公式。而反射激波后的高壓高溫靜止區(qū)5，可以用來(lái)作為激波風(fēng)洞的氣源。因此，在一定條件下，它依次可以趕上稀疏波尾，接觸面和激波。往高壓段方向傳播的中心稀疏波，首先是波頭遇到高壓段末端，也要發(fā)生反射，為了滿(mǎn)足固壁條件，反射波仍為稀疏波，并向低壓方向傳播。隨著時(shí)間的推移，運(yùn)動(dòng)激波傳播到低壓段末端，遇到固壁發(fā)生反射，反射激波以Wr的速度在2區(qū)逆氣流方向傳播，波后是一個(gè)再一次受到壓縮的區(qū)域（5區(qū)），為了滿(mǎn)足邊界條件，該區(qū)域的氣體速度被滯止，u5=0。根據(jù)接觸面相容條件。接觸面一開(kāi)始幾乎與激波重合，由于其運(yùn)動(dòng)速度（u2）小于激波傳播速度（W），所以隨著通過(guò)距離的增加，它與激波之間的間隔距離不斷增大。t高壓段隔膜x（d）初始條件x低壓段RSp1Sp2Cp3tRp40（a）xt平面X1X21SSrCRrRt14（b）壓力曲線(xiàn)（c）波系結(jié)構(gòu)3524 14 3 C 2 1 典型的激波管流動(dòng)圖像其中S：激波，C：接觸面，R：中心稀疏波Sr反射激波，Rr反射稀疏波 初始時(shí)刻，激波管的高低壓段氣體存在壓力差，一旦膜片瞬時(shí)破裂，在隔膜處便立即產(chǎn)生一道激波，一道接觸面和一束中心稀疏波。我們把符合上述假定的激波管稱(chēng)為“理想激波管流動(dòng)”。 激波管內(nèi)的實(shí)際流動(dòng)是十分復(fù)雜的，為了便于分析研究，先做一些合理的假定。在膜片的兩側(cè)初始分別充以不同壓力的氣體。一、 激波管流動(dòng)模型的理想化 ，是一根一端封閉，另一端開(kāi)口或者封閉的等界面的管子。1949年以后，激波管才應(yīng)用于氣體動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)的