为了探究高背压水介质条件下,固体火箭发动机垂直气体射流在浮力影响下的流场结构和发动机推力特点,建立了轴对称几何模型,在考虑有/无浮力的条件下,采用VOF(Volume of fluid)多相流模型进行气体-水两相耦合仿真计算,获取尾流气体射流流场结构,以及发动机尾部壁面受力和推力振荡曲线进行分析。研究结果表明,考虑浮力的仿真结果更加符合试验结果;射流动量段气体的马赫数分布会导致喷管出口附近的气-水界面产生周期性胀鼓-颈缩,从而引起尾部空间背压振荡,在设计工况下,尾部压力变化范围为环境水深压强的0.327到2.43倍;背压振荡将引起尾壁面受力振荡和推力振荡,振荡频率为736.89Hz;气体射流喷出过程中,气-水界面由速度梯度主导的开尔文-亥姆赫兹(K-H)不稳定性逐渐转变为由重力和浮力主导的瑞利-泰勒(R-T)不稳定性。
为了研究固体火箭发动机在封闭水域中工作时尾流场特性参数变化规律,建立三维空间模型,忽略重浮力等体积力及燃气与水之间的换热传质,采用Realizable k-ε湍流模型与VOF (Volume of fluid)多相流模型,针对试验水箱内固体发动机在不同水深条件下的工作过程进行数值模拟,获得尾流流场燃气射流形貌,以及水箱壁面受力与压强振荡规律。研究结果表明:三维空间模型的仿真结果与试验结果较为符合;燃气泡的形貌结构及尾流场特性参数变化在受限空间内分布呈非轴对称性;射流中心气路内部不稳定的激波运动宏观表现为射流界面的不稳定胀鼓和颈缩位置的后移;深水条件下试验水箱壁面靠近喷管出口位置承受压强幅值更大,高背压环境中水箱壁面更易受到局部低频小幅压强冲击。
A plastic crack model for smectic A liquid crystals under longitudinal shear is suggested. The solution of the screw dislocation in smectic A is the key to the correct result that we obtained by overcoming a longstanding puzzle. We further use the dislocation pile-up principle and the singular integral equation method to construct the solution of the crack in the phase. From the solution, we can determine the size of the plastic zone at the crack tip and the crack tip opening （tearing） displacement, which are the parameters relevant to the local stability/instability of materials. Our results may be useful for developing soft-matter mechanics.
