Schlieren diagnosis and characteristic analysis of outlet flow field for blasting shock tube

ZHANG Jun; HUANG Hanjun; MAO Yongjian; HUANG Haiying; ZHENG Xing; YANG Mao

doi:10.37188/OPE.20233119.2789

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Schlieren diagnosis and characteristic analysis of outlet flow field for blasting shock tube

Laser Spectroscopy Technology and Equipment for Flow-field Diagnosis | 更新时间：2023-10-12

- Schlieren diagnosis and characteristic analysis of outlet flow field for blasting shock tube
- Optics and Precision Engineering Vol. 31, Issue 19, Pages: 2789-2798(2023)
- 作者机构：
  
  中国工程物理研究院总体工程研究所，四川绵阳 621999
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.37188/OPE.20233119.2789
  CLC： O382
- Received：18 February 2023，
  
  Revised：13 March 2023，
  
  Published：10 October 2023
- 稿件说明：
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张军,黄含军,毛勇建等.爆炸激波管出口流场特征的纹影诊断与分析[J].光学精密工程,2023,31(19):2789-2798.

ZHANG Jun,HUANG Hanjun,MAO Yongjian,et al.Schlieren diagnosis and characteristic analysis of outlet flow field for blasting shock tube[J].Optics and Precision Engineering,2023,31(19):2789-2798.
张军,黄含军,毛勇建等.爆炸激波管出口流场特征的纹影诊断与分析[J].光学精密工程,2023,31(19):2789-2798. DOI： 10.37188/OPE.20233119.2789.

ZHANG Jun,HUANG Hanjun,MAO Yongjian,et al.Schlieren diagnosis and characteristic analysis of outlet flow field for blasting shock tube[J].Optics and Precision Engineering,2023,31(19):2789-2798. DOI： 10.37188/OPE.20233119.2789.

摘要

冲击波是爆炸毁伤的主要载荷形式之一，炸药驱动激波管是较真实复现高超压冲击波场景的可能方式，当前亟需关注冲击波与产物分离状态、波阵面形态等实验参数测试问题，仅依靠传统电测原理的单一点源压力测量无法满足上述流场表征需要。基于反射式纹影原理并利用激光光源和系列光学元件，搭建了一套激波管出口流场诊断系统，将流动现象的可视化观测结果与传统压力测量相结合，完善流场特征诊断与分析方法。研究表明，该纹影系统能够清晰获得激波管出口的冲击波和产物运动流场图像，通过与压力测试与激波管点火时序的同步控制，可有效揭示压电式冲击波压力传感器数据振荡、压力突变、漂移等特征，以及爆炸后管道中应力波引起的管口及空气振动等现象。基于图像分析可分析获得炸药爆炸激波管出口冲击波运动速度和压力的空间衰减特性，该结果为更好理解炸药驱动激波管冲击波压力的形成和演化规律研究提供了诊断途径和分析基础。

Abstract

Shock waves represent a primary form of damage from explosions， and explosive-driven shock tubes can simulate high overpressure shock wave scenarios. It is essential to determine test parameters， including the separation among the shock wave， explosion products， wave-front shape. Traditional pressure measurements， grounded in electrical principles， are insufficient for current flow field characterization research. Leveraging the reflection schlieren principle， a diagnostic system is developed for the shock tube nozzle's flow field. This system utilizes a laser source and sequence of optical elements. By integrating visual observations of flow phenomena with conventional pressure data， the method for analyzing flow field characteristics is enhanced. The findings indicate that the schlieren system captures high-resolution images of the shock wave and product flow field at the exit of the shock tube. Synchronized schlieren images， aligned with the pressure tests of the shock tube and ignition timings， offer insights into data oscillation， pressure anomalies， and the drift observed in piezoelectric pressure sensors. They also highlight the vibration effects in the nozzle and surrounding air， resulting from stress waves post-explosion within the tube. Through image analysis， the spatial decay patterns of the velocity and pressure of the shock wave at the explosive outlet of the shock tube can be obtained. These results furnish a novel diagnostic technique and analytical foundation， enhancing our comprehension of the formation and evolution of shock wave pressure in the explosive-driven shock tube.

关键词

Keywords

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