[科普中國(guó)]-相互反射

相互反射是指入射光若在幾個(gè)反射面間多次反射的現(xiàn)象。相互反射比：它定義為經(jīng)多次反射后到達(dá)一空腔表面的光通量與空腔的另一表面直接接受的初始光通量之比。它可用于計(jì)算封閉空間內(nèi)的直接光通量或間接光照度1。

氣相介質(zhì)夾帶固體小顆粒的兩相流動(dòng)是高速氣體動(dòng)力學(xué)的重要研究課題之一，許多工程應(yīng)用以及一些災(zāi)難與該研究領(lǐng)域密切相關(guān)，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)的固體燃料推進(jìn)、工業(yè)粉塵爆炸和火山噴發(fā)等。對(duì)可壓縮氣固兩相流尤其是對(duì)激波與固體顆粒群相互作用的已有深入研究，研究了激波驅(qū)動(dòng)的顆粒不穩(wěn)定牽引力，研究了一系列旨在發(fā)展藥物無(wú)針注射的技術(shù)，研究了超音速冷噴涂技術(shù)，對(duì)顆粒群阻力系數(shù)開(kāi)展研究，文獻(xiàn)對(duì)激波與堆積粉塵的相互作用進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和理論研究。早期的研究主要是揭示施加在顆粒上的各種力以及顆粒在已知流場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，近年來(lái)，開(kāi)始全面考慮氣固兩相間的質(zhì)量、動(dòng)量和能量的相互作用。利用由壓力傳感器、信號(hào)放大器、示波器和計(jì)算機(jī)組成的壓力測(cè)量系統(tǒng)對(duì)激波與顆粒群作用時(shí)的動(dòng)態(tài)壓力進(jìn)行了測(cè)量。發(fā)現(xiàn)激波管內(nèi)發(fā)生的是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，包括激波與顆粒群作用時(shí)伴隨了激波和膨脹波的反射與透射現(xiàn)象、激波和膨脹波與接觸面的干涉、以及激波從激波管端壁的反射等現(xiàn)象。

激波與顆粒群作用是個(gè)典型的非線性過(guò)程，伴隨著激波反射、衍射和聚焦以及激波與顆粒尾跡渦的干涉。顯示了在氮?dú)怛?qū)動(dòng)、鋼球顆粒直徑 d =6 mm、裝載比 α = 1 時(shí)由傳感器 1 測(cè)得的動(dòng)態(tài)壓力。為統(tǒng)一起見(jiàn)，所有壓力都用 p1 作歸一化處理。入射激波恰好到達(dá)傳感器 1 位置的時(shí)刻作為橫坐標(biāo)的參考時(shí)間，即該坐標(biāo)值為零。在被箭頭 1 標(biāo)出的時(shí)刻，有一個(gè)壓力突跳。由箭頭 A 標(biāo)出的第一個(gè)信號(hào)平穩(wěn)帶對(duì)應(yīng)入射激波波后壓力 p2的測(cè)量值。在箭頭 2 標(biāo)出的時(shí)刻，有另一個(gè)壓力突跳。由箭頭 B 標(biāo)出的第二個(gè)信號(hào)平穩(wěn)帶對(duì)應(yīng)反射激波波后壓力 p5的測(cè)量值，該反射激波是入射激波與顆粒群相互作用引起的。

氮?dú)怛?qū)動(dòng)、激波馬赫數(shù) M = 1.525 時(shí)不同顆粒裝載比下傳感器 1 壓力測(cè)量結(jié)果。曲線 1 和 2 分別代表裝載比α = 1 和α = 0.5 時(shí)的動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量結(jié)果。多次壓力突跳在傳感器 1 處發(fā)生，突跳 A、B、C、D 等，這意味著激波管內(nèi)發(fā)生了激波的多次反射并且經(jīng)過(guò)傳感器 1 處。裝載比α = 1 時(shí)在 He-0.08 工況下和 N2- 0.10 工況下由傳感器 1 測(cè)得的動(dòng)態(tài)壓力的比較，兩個(gè)工況下的入射激波馬赫數(shù)分別為 M = 2.345 和M = 1.783。氦氣驅(qū)動(dòng)時(shí)比氮?dú)怛?qū)動(dòng)時(shí)激波的多次反射發(fā)生得更加頻繁。此外，當(dāng)驅(qū)動(dòng)氣體為氦氣時(shí)，動(dòng)態(tài)壓力達(dá)到峰值后急劇下降，與此不同，當(dāng)驅(qū)動(dòng)氣體為氮?dú)鈺r(shí)，動(dòng)態(tài)壓力保持常值一段時(shí)間，結(jié)果是一致的。并且，在氮?dú)怛?qū)動(dòng)條件下，反射激波到達(dá)傳感器 1 位置之后，波后壓力 p5 保持常值大約 2 ms，繼而出現(xiàn)一個(gè)次等的壓力跳躍，這一點(diǎn)可以實(shí)線圓所圍的動(dòng)態(tài)壓力曲線的里邊部分看出。然而，氦氣驅(qū)動(dòng)條件下，動(dòng)態(tài)壓力沒(méi)有出現(xiàn)保持常值一段時(shí)間的情形。將測(cè)量時(shí)間從 1 ms 增加到 20 ms也是為了檢驗(yàn)該激波管裝置的測(cè)試能力。

對(duì)水平圓柱形激波管內(nèi)的可壓縮性氣體與固體顆粒群的相互作用進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究和理論分析。

1) 激波管內(nèi)發(fā)生的是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，包括激波與顆粒群的相互作用伴隨了激波、膨脹波的反射和透射，激波、膨脹波與接觸面的干涉，以及從固體端部壁面的反射等環(huán)節(jié)。本實(shí)驗(yàn)研究也揭示了該激波管進(jìn)行類似問(wèn)題研究的能力。

2) 在其它條件相同時(shí)，顆粒裝載比、入射激波馬赫數(shù)的增大或者顆粒直徑的減小導(dǎo)致被顆粒群反射的第一道反射激波強(qiáng)度的增大。

3) 當(dāng)顆粒直徑為 6 mm、顆粒裝載比α = 1 時(shí)，透射激波被顆粒顯著地衍射，并有膨脹波緊隨其后，因此由透射激波引起的第一個(gè)壓力峰急劇下降。

4) 顆粒直徑的減小導(dǎo)致顆粒間的孔隙減小以及透射激波傳播路徑的增加，結(jié)果使得激波的反射、透射、衍射和聚焦更頻繁的發(fā)生，此外，還使得透射激波在激波管的軸向的相同位置衰減的更嚴(yán)重。隨著激波傳播距離的增大，初始峰值衰減率會(huì)減小，這是由于激波被上游顆粒相繼的衍射引起的，并且，裝載比越大衰減率減小得越快2。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為: