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1. 研究背景和意义
在激波的作用下，液滴的雾化具有重要的学术研究价值和工程应用背景。在航空、汽车发动机的燃烧室中，燃料的注入、破碎和雾化过程对燃料的充分燃烧起了关键的作用，在军事领域中，液体燃料的有效抛撒和雾化对提高云雾爆轰武器的爆炸当量和稳定性有着重要的意义，因此对于燃料液体在激波驱动下的研究就更有意义[1]。本课题主要研究激波驱动下燃料雾化的基本过程，通过实验探索和研究燃料雾化装置的工作原理设计并加工激波发生装置，使用AutoCAD完成燃料雾化装置的基本图纸设计；使用石油醚燃料对研制的燃料雾化试验系统进行调试，使用高速摄像捕捉激波驱动下燃料雾化过程，使用红外热成像仪记录燃料雾化区域的温度场变化。
2. 国内外研究现状
1978年，Rayleigh[2]分析了液体的不稳定性后认为：在空中，液滴只受表面张力的作用，而表面张力一旦被克服，液滴就会发生破碎。1988年，Wierzba和Takayama[3]建立了一个四阶段的剥离型的破碎机理。1992年，Hsiong.和Faeth[4]在对水、庚烷、普通酒精、水银和多浓度甘油进行了研究，发现了在Wegt;1和Ohlt;0.1时，将液滴的变形破碎方式分成逐渐发展的几个过程：不变形、非振荡变形、振荡变形、袋形变形、混合破碎和剥离破碎，只有当粘性非常大（Ohgt;4）时，液滴才会发生不变形情况。1999年，潘建平[5]利用激波管对激波诱导气流与夜幕、液柱相互作用进行了实验研究。发现这种相互作用下的液体块变形破碎过程与以往对于液滴进行的研究结果很不相同，液幕的变形破碎行为有很强的三维性，较之液滴的变形破坏机理更为复杂，液柱在作用过程中保持了较好的对称性。2000年，陆守香等[6]建立了液滴变形与破碎的模型，提出初始雾化时间概念。他们在分析了液滴变形和破碎的机理和雾化特征后，将液滴的变形破碎过程分成动力变形阶段和剥离破碎阶段，按液滴动力学分别建立了变形期和剥离破碎期的动力学模型。2003年，耿继辉[7]等建立了用于激波诱导液滴变形和破碎现象研究的实验系统及方法，详细分析了激波与液滴相互作用以及液滴加速、变形和破碎过程的。2006年，李强[8]建立了描述了液滴碰撞和聚合过程的数学模型，借助平滑粒子流体动力学方法，将液滴间的相互作用局限在其周围一定数目的液滴之间，设计了新的计算液滴碰撞对搜索算法。2006年，张绍杰[9]对激波—燃料液滴相互作用实验装置进行了设计和加工，分析了不同马赫数、不同燃料下激波与燃料液滴相互作用所导致的液滴变形、剥离破碎、雾化等各种物理现象， 研究了各自物理过程相互间的耦合作用，为今后进一步研究和发展燃料液滴的激波助燃现象，进而应用于脉冲爆轰推进技术提供基础数据及物理现象。2008年，耿继辉等[10] 采用边界边剖分、合并技术与局部网格重新生成相结合的方法有效地解决了二维自由表面的动边界网格生成问题。2009年，王翠华[11]研究了激波驱动液体初始阶段内外界面的运动规律，激波与液膜、液滴的 相互作用，得到以下结论：一、爆轰产物驱动液体在空气中运动，液层外界面逐层剥离、变薄，变成液膜。二、液膜在激波作用下发生变形，其中透射激波和反射激波的共同作用使水膜断裂形成液丝，液丝再断裂成液滴，液滴变形、破碎和雾化。2010年，Jing.[12]在数值上研究了喷雾燃烧中常见的重要现象，即气流中液滴的变形和破裂。通过计算得到四种典型的破碎模式-振荡，袋破裂，板料剥离破碎和剪切破碎，由四个无量纲数控制，即气体韦伯数（Weg），液体雷诺数（Rel），气体雷诺数（Reg）和密度比（J）。2011年，Han L等[13]开发出用于预测湍流分散中的液滴破碎率和子尺寸分布的理论模型。2011年，解立峰等[14]在研究冲击波与液滴反应的基础上，进行了冲击波反应下水膜变形和雾化的实验，改变冲击波的强度以观察反应过程的变化，发现冲击波强度越大，扩散距离越远，证明气动力在反应过程中起主导作用。2015年，Weidi Huang等[15]研究了冲击波对高压柴油机演变的影响，有效地和定量地分析了冲击波对喷雾发展的影响。此外，开发了一种改进的模型来估计超音速液体射流的穿透行为。
综上所述，对比国内外，国外对于激波与液滴作用的研究历史已经有五十多年，而我国相关方面的研究才刚起步没多久，我们需要更进一步研究这方面的知识，提高我们对于激波与液滴方面研究的深入性。
参考文献：
1. Rayleigh L. On The Instability Of Jets[J]. Proc.london Math.soc, 1978, 10(1):4-13.
2.Wierzba A, Takayama K. Experimental investigation of the aerodynamic breakup of liquid drops[J]. Aiaa Journal, 1988, 26(11):1329-1335.
3.HSIANG, L.P, FAETH, et al. Near-limit drop deformation and secondary breakup[J]. Int Multiphase Flow, 1992, 18(5):635-652.
4.宗南, 潘建平, 杨基明, et al. 激波作用下液体喷射雾化的实验研究[J]. 实验力学, 2000, 15(2):132-136.
5.潘建平, 杨基明. 激波诱导气流与液幕,液柱相经作用的实验研究[J]. 实验力学, 1999(1):1-7.
6.陆守香, 秦友花. 激波诱导的液滴变形和破碎[J]. 高压物理学报, 2000, 14(2):151-154.
7.耿继辉, 叶经方, 王健, et al. 激波诱导液滴变形和破碎现象实验研究[J]. 工程热物理学报, 2003, 24(5):797-800.
8.李强, 蔡体敏, 何国强, et al. 液滴碰撞和聚合模型研究[J]. 应用数学和力学, 2006, 27(1):60-66.
9.张绍杰. 激波与燃料液滴相互作用的实验研究[D]. 南京理工大学, 2006.
10.邓树升, 耿继辉, 谭俊杰, et al. 激波诱导变形液滴外流场数值模拟[J]. 南京理工大学学报（自然科学版）, 2008, 32(1):5-8.
11.王翠华. 激波与液体相互作用实验研究[D]. 南京理工大学, 2009.
12.Jing. Direct Numerical Simulation of Secondary Breakup of Liquid Drops[J]. 中国航空学报(英文版), 2010, 23(2):153-161.
13.Han L , Luo H , Liu Y . A theoretical model for droplet breakup in turbulent dispersions[J]. Chemical Engineering Science, 2011, 66(4):766-776.
14.李斌, 解立峰, 韩志伟, et al. 激波作用下水膜变形和雾化实验研究[J]. 实验力学, 2011, 26(4):464-470.
15.Weidi Huang, Zhijun Wu, Ya Gao, Lin Zhang. Effect of shock waves on the evolution of high-pressure fuel jets. Applied Energy,2015,159（2）:442-448
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