图2。1 实验装置图

    以电点火的形式点燃放置在燃烧室内的火药。火药点火燃烧后，压力迅速升高，在燃烧室内很快地产生大量的高温高压火药气体，该燃气可以通过连接处的喷嘴喷入观察室。由于紫铜膜片的存在，只有当燃烧室内的高压燃气达到一定气体压力后，才能冲破该膜片进入观察室内，有效地防止了液体倒流。高压单股热气流射入后，与液体工质相互作用，此时高速录像机就记录下观察室内射流与液体相互作用的扩展形态。

2。3 实验结果与分析

燃烧室采用的是三级阶梯渐扩结构，阶梯直径d依次是18mm，24mm和30mm，阶梯高度h依次是30mm，30mm和38mm。选用d=1。5mm的喷孔直径，入射压力选定p=20MPa，得到的实验扩展照片如图2。2所示。

      t=0。5ms         t=1。0ms        t=1。5ms         t=2。0ms        t=2。5ms

图2。2 实验扩展过程照片

    实验刚开始时（t=0。5ms），燃气射流喷入观察室，与液体工质相互作用，形成如照片中所示的泰勒空腔，可以看到，此时射流的外部轮廓还比较规则，不稳定效应还不明显。随着射流的向前发展，射流侧面轮廓已逐渐显示不稳定波动，但射流头部仍保持着较为完整的扇形。发展至t=1。5ms时，射流头部已跨越第一级台阶，并在台阶处有向侧面边界发展的趋势，即相比之前单纯的沿轴向发展，射流侧面有一小块凸起，这种趋势在t=2。0ms时，表现得更为明显。说明泰勒空腔在不断沿轴向向前发展的同时，在台阶处还加快了向径向的发展，并且由于这种径向的发展，扰动了射流的轴向发展，使得轴向扩展速度相对减小。在t=2。5ms时，也同样可以观察到类似现象，气体射流在到达第二级台阶时，也迅速向台阶径向扩展，以此充满射流观察室。

通过分析以上射流扩展形态的照片，可以发现，未到达台阶处的气体射流，轴向速度扩展较快，气体射流能很快地向前发展挤压液体，但径向扩展较慢，射流轮廓呈梭形。此时，气穴轮廓与观察室边界间隙较大，参与燃烧的液体药较多。但每到一级台阶时，射流总能很快地充满台阶处，径向速度显著提升，轴向速度相对而言则有所减弱。而Kelvin-Helmholtz不稳定效应正是由于空腔侧面气液两相的切向速度差引起的，气流轴向速度的相对减慢，相当于缩小了两相间的速度差距，弱化了这种不稳定效应，使得液体药的燃烧较为稳定一些。与此同时，气体射流迅速充满两侧边界，射流轮廓与边界的间隙处的液体药含量很少，在燃烧着的气液交界面上，无法有足够的液体能够补充进来，相当于有效的减缓了液体药的燃烧。不仅如此，燃烧减慢导致气体生成速率下降，没有更多的火药燃气及时的补充进入空腔，会弱化对周围液滴的卷吸作用，对空腔的轴向推动作用也会有所降低，进一步降低了Kelvin-Helmholtz不稳定效应，实现对不稳定燃烧的有效控制。文献综述

根据上述分析可以得知，射流的轴向扩展速度是个极为重要的观测指标，在一定程度上可以反映出不稳定机制的作用效果，因此，获取实验的轴向扩展速度必不可少。考虑到射流扩展时间较短，为简化处理，采用平均速度表示。利用图像处理技术，得到各个时刻射流头部所运动的距离，其与射流发展时间的比值，即认为是该时刻的轴向速度。实验所得的轴向扩展速度如图2。3所示。

图2。3 实验轴向扩展速度图

从图2。3可以看出，当射流一开始射入液体中时，扩展速度是逐渐减小的，这是由于液体粘性的阻滞作用。而到t=1。5ms后，扩展速度反而有所回升，这时因为液体药燃烧生成的大量高压燃气补充进入空腔，使得其运动速度加快，同时，因为气体射流的进入，相当一部分液体已流出边界，对空腔的阻滞作用自然相应减少，这两者共同作用，使得射流的扩展速度呈现如图2。3的趋势。