基于周期性脉冲微射流的圆湍射流控制

摘要

圆湍射流被广泛的应用于各种工业领域中，如电力、航空、钢铁、冶金和机械等。因此，深入理解和控制射流的混合过程，对减噪、高效燃烧、增加飞机火箭等推力、强化传热以及控制化学反应等具有重要意义。本文基于周期性脉冲微射流对圆湍射流开展开环控制实验研究，在射流喷嘴周围添加侧向微射流扰动，研究该扰动对圆湍射流下游流场特性的影响，探索射流混合机理和最佳控制机制。
　　本研究采用一支和两支周期性脉冲微射流进行圆湍射流开环控制实验。微射流布置在喷嘴出口上游17 mm处。射流出口雷诺数选定为8000和9333两种情况。分别研究四个控制参数：微射流与主射流的质量流量比Cm（0~20%）、微射流的激励频率fe（0~200Hz）、占空比dc（5%~100%）以及两支微射流的夹角（60°、120°以及180°）对射流混合特性的影响。应用热线测量技术测量流场不同位置速度平均值和脉动值，以及平面粒子图像测速仪和流动可视化技术对入射平面、非入射平面以及横截面进行测量。通过一系列无控制和开环控制下的实验，改变微射流质量流量比，微射流的电磁阀激励频率以及占空比，寻求最优射流混合参数。研究表明，微射流质量流量比、微射流控制器激励频率、占空比以及两支微射流的夹角是影响射流混合的重要因素。并且存在最优质量流量比、最优激励频率和最优占空比。速度衰减率K与微射流质量流量比Cm的关系可划分为几个明显的区域。当微射流质量流量比 Cm较小时，速度衰减率 K伴随微射流质量流量比Cm的变化非常强烈。流动可视化结果显示，微射流质量流量比Cm较小时，在微射流的激励下，入射平面上存在强烈的卷吸和夹带现象，而非入射平面上扩散极其迅速。横截面上出现三种典型的结构，扭曲的涡环，沿流向的涡配对结构以及蘑菇状的反向旋转涡结构。速度衰减率 K值的增长正是由于这三种结构的相互作用引起的。而脉冲微射流的干扰对这些涡结构的产生以及相互作用有着极大的影响。这与稳定微射流有着本质的区别。

目录

第1章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 实验设备

2.1 引言

2.2 实验细节

2.2.1 射流实验台

2.2.2 热线测量技术

2.2.3 PIV和流显测量技术

2.3 本章小结

第3章 单支微射流开环控制的实验研究

3.1 引言

3.2.1 无控制情况下的射流速度分布

3.2.2 无控制情况下的射流大涡频率

3.3 单支微射流控制参数对射流混合特性影响

3.3.1 微射流和主射流质量流量比Cm的影响

3.3.2 微射流激励频率和大涡频率比fe/f0的影响

3.3.3 微射流占空比dc的影响

3.4.4 雷诺数改变对射流控制效果的影响

3.4 本章小结

第4章 两支微射流开环控制的实验研究

4.1 引言

4.2 两支微射流控制参数对射流混合影响

4.2.1 微射流和主射流质量流量比Cm的影响

4.2.2 微射流激励频率和主射流大涡频率fe/f0的影响

4.3 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢