超音速微型喷嘴的3D密度分布多视角测量：圆形与方形喷嘴对比

本研究论文深入探讨了圆形和方形微型拉瓦尔喷嘴在超音速微射流领域的应用，特别是对于逃逸至环境空间中的完美和不完全膨胀的冲击单元结构的瞬时三维密度分布进行了详细测量。这项研究采用了一种先进的测量技术，即20方向定量Schlieren光学系统与非扫描三维计算机断层扫描（3D-CT）技术相结合，该系统配备有闪光光源，能够同时进行Schlieren摄影，从而实现对超音速微射流的实时3D观察。 研究的重点集中在工作喷嘴压力比的不同水平上，包括5.0、4.5、4.0、3.67和3.5，涵盖了轴对称收敛-发散（拉瓦尔）喷嘴的设计。研究对象包括圆形和方形微型喷嘴，它们在发射的超音速微型射流中表现出完全扩张、过度扩张和扩张不足的特性。具体来说，作者分析了由设计马赫数Md = 1.5的射流产生的马赫数范围Mj为1.47-1.71的射流。 对于方形微型喷嘴，一种称为“轴切换”的复杂现象在两种不同类型的“十字形”和“对角”视图中清晰可见。在第一冲击单元的范围内，初始轴切换角度为45°。同时，对称视图和对角线视图揭示了两种不同的冲击波模式，这有助于理解喷嘴性能对射流动态的影响。 论文详细报告了各个喷嘴压力比下的冲击腔间距和超音速芯长度的数据，这些参数对于优化喷嘴设计和评估喷射效率至关重要。研究成果发表在《流动控制、测量与可视化》杂志上，该期刊的在线和印刷版号以及DOI信息也提供了研究的权威来源。 这项研究不仅提升了对超音速微射流动态的理解，也为微喷嘴的设计和优化提供了宝贵的数据支持，是流体动力学领域内关于超音速喷气技术和测量技术的重要进展。