结构参数对自激振荡脉冲射流固有频率特性的影响

《结构参数对自激振荡脉冲射流固有频率特性的影响》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、"$流体机械"&&!年第"+卷第"期结构参数对自激振荡脉冲射流固有频率特性的影响!重庆大学杨林李晓红王建生卢义玉摘要运用流体网络理论建立了自激振荡脉冲射流装置的相似网络模型，分析了振荡射流喷嘴结构参数对喷嘴固有频率特性的影响规律，给出了喷嘴的设计原则。关键词自激振荡结构参数固有频率流体网络!引言上游剪切层分离处诱发新的扰动的产生，当新扰动与原扰动频率匹配且具有合适的相位关系时，自激振荡脉冲射流装置具有结构简单、体积射流上游就被不断地周期性激励，其固有波形受小、无附加外驱动机构和无动密封等优点，其冲蚀到调制，腔内就产生流体自激振动并在下喷嘴出效果优于连续射流，被认为

2、是一种很有发展前景口形成脉冲射流。以流体质量流量比拟电流，以的射流装置。重庆大学廖振方教授等通过对射流流体压力比拟电压，由小扰动流体网络理论建立穿过圆柱形空腔产生自激振动现象的研究，研制自激振荡脉冲射流的集中参数网络模型如图"所出了石油钻井用振荡脉冲喷嘴，该喷嘴具有较大示。其中!!，!"分别表示为上、下喷嘴流阻，"表的变压特性和很强的空化作用，工作效率是普通示喷嘴前管路流体惯性引起的流感，#表示流体连续射流的数倍［!，"］。就这种喷嘴而言，振荡频压缩性引起的振荡腔室的流容。由流体网络中的似稳假定可得［%］：率直接影响该射流的空化和冲蚀效果。但由于影响频率的因素很多

3、且喷嘴内流场的复杂性，在实际应用中很难获得理想的频率。自激振荡射流的频率由喷嘴结构和射流本身特性两方面决定，如果流体的激励频率与喷嘴结构的固有频率特性相匹配，射流的压力振荡会更加剧烈，冲蚀效果更图!振荡喷嘴结构模型佳。国内外学者已从实验和流体力学角度对其频$&’管路直径；%&’腔室直径；$!’上喷嘴直径；率特性进行了大量的研究［!#$］，但对该系统的固$"’下喷嘴直径；’&’管路长度；"&’腔室长度有频率特性研究较少，作者根据相似理论从产生自激振荡脉冲射流的结构系统出发，研究结构参数对该喷嘴装置的固有频率特性的影响规律。"自激振荡脉冲射流装置的相似网络模型图"喷嘴

4、等效网络模型振荡射流喷嘴的结构模型及参数如图!所(!’喷嘴入口压力；("’喷嘴出口压力示。上喷嘴流束中的不稳定扰动波如涡量脉动在)"!!(（!）*#+穿过腔内剪切层时，剪切层对其具有选择放大作"）（"）"()’&（,"$&用，形成涡环结构，剪切流动中涡环与下游碰撞壁""）（*）撞击在碰撞区产生压力扰动波并向上游反射，在#("%#"#（,)-!本文研究系国家杰出青年基金项目和中国博士后科学基金项目收稿日期："&&&—&,—"";<=>$?，@<>$，$((&ABCDE5FG9D@HIJ$4式中!———流体的平均速度，!"#不变，由于上、下喷嘴的流阻作用，单位输入的响

5、———喷嘴的局部阻力系数应幅值约等于系统的放大倍数,；一定参数时在!"#———喷嘴的流量系数系统固有频率附近，响应幅值最大，幅值存在谐振$———喷嘴截面积，!$峰值，来流中该频段的幅值被放大，相位滞后约为［&、$］。另外，由%———振荡腔内流体的波速，!"#,%1$。这与许多实验结果相吻合由式（%）可见，流容不仅与腔室结构尺寸有于系统频率特性在"’"-附近受阻尼比的影响关，还与流体性质有关。很大，阻尼比越小，谐振峰值越大。所以应根据来若初始条件为&（&’）’(，&（$’）’(，&(（$’）’流中脉动主频成分来设计自激振荡喷嘴结构，在(，&)（$’）’(，可得该系统

6、的压力传递函数：系统小阻尼比和大放大倍数下，使喷嘴系统的低&（+）,"$通频带包含来流的主频带并使喷嘴的固有频率接$-*（+）’’（*）&（&+）+$)$#"+)"$近来流脉动主频，才能获得好的压力振荡效果。--式中+———拉普拉斯算子，+’%)".，%!(因此，只有了解喷嘴装置固有频率特性及其结构/参数的影响规律才能设计出合理的振荡喷嘴装&"-———系统的固有频率，"-’&)"/$置。&+"0"0)/&/$"———系统的阻尼比，##’"0"/（$/&)/$）,———系统的放大倍数，,’/$（1/&)/$）相应的频率响应函数、幅频特性及相频特性分别为：,*（"）’

7、（-））$（"1"）&,（"1"-)$#."--,$（"）’（.）［&,（"1"）$］$（$"1"）$"-)*#-$#（"1"-）（"）’,/0123（4）$&,（"1"）$-图%不同腔长的系统频率特性由上述分析可知，该喷嘴装置的固有频率与&70512&’(78；$70512&’$7*；%70512&’*7$；*70512&’-7.上、下游喷嘴的流阻比/&1/$和管路流感与腔室由图%可见，振荡腔长对系统的频率特性影流容的积0"有关，主要由喷嘴的形状、结构参数响较大，腔长越大，固有频率越小，相位滞后绝对和波速决定，当流体参数不变时只受喷嘴结构参值越小，系统的通频带也

8、减小，存在