● 摘要
富氧燃气在液氧主流中的掺混冷凝是液氧煤油补燃循环火箭发动机的重要技术之一，存在于发动机氧预压泵的工作过程中。为了研究富氧燃气在液氧中掺混冷凝的现象、规律和机理，本文采用试验研究的方法，开展了以氮气-液氮为工质和以氧气-液氧为工质的垂直管道掺混冷凝试验，分析了掺混流型、气羽形状特征和动态特性，研究结果可以为氧预压泵掺混结构设计和泵间管路设计提供依据，从而为液氧煤油补燃火箭发动机的设计提供技术支持。
研究中设计了垂直管道低温气液两相掺混试验系统，制定了试验方案，解决了气液掺混可视化装置设计的关键技术。通过开展氮气-液氮掺混试验及其流型辨识，验证了试验系统的低温可靠性和试验方案的可行性。
重点开展了氧气-液氧掺混试验。通过高速摄影测量得到了氧气-液氧两相掺混的图像信号，得出给定试验工况下的氧气-液氧掺混流型属于发散形和椭圆形的不稳定凝结流型；采用图像处理方法，分析得到了液氧雷诺数、凝结驱动势、氧气速度、氧气质量流率对气羽凝结长度、横向穿透长度和形状因子等特征的影响规律；采用频域分析方法对氧气-液氧掺混过程的动态特性开展了初步研究，分析了氧气质量流率和液氧雷诺数对气羽和压力波动周期性的影响规律，得到了气羽和压力波动频率具有一致性的结论。