使用大电流脉冲 LED 对注入超声速横向流中的声速射流进行纹影研究

得益于日益先进的高速相机发展，当今的流场可视化和分析在许多应用中能产生流场的详细数据。尽管取得了这些进展，对于高速和超声速流，获取高质量图像仍然并非易事。在本研究中，我们提出了一种使用大电流（高达 18 安培）脉冲 LED 的纹影装置，以将光输出提高到足够水平。明亮且短暂的脉冲（短至 130 纳秒）允许以适合超声速流的高空间分辨率对流动进行详细且清晰的成像。本文详细解释了脉冲电路和脉冲宽度的确定。作为测试案例，我们研究了横向注入超声速交叉流中的 2 毫米直径声速射流的近场。这是超燃冲压发动机燃料喷射的模型流，目前尚未完全被理解。由于新开发系统所产生图像的高分辨率和高精度，我们证明了在马赫筒与弓形激波之间的迎风亚声速区域中存在一个大（密度）梯度波，此前这仅在某些数值研究中被观察到，而未在实验中展示。此外，我们用该纹影装置证明可以获得时间相关图像，其帧间时间为 2 微秒，因此也可以研究流动不稳定性，如激波的运动和涡的轨迹。所获得的射流穿透高度结果以幂律关联式的形式给出。本研究结果表明，使用低成本 LED 和低成本控制系统设计的装置在高速流可视化研究应用中具有巨大潜力。