《低頻自激脈衝射流發生機理及其頻率調製研究》是依託武漢大學，由李江雲擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：低頻自激脈衝射流發生機理及其頻率調製研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李江雲
- 依託單位：武漢大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
自激脈衝噴嘴利用流體自激產生脈衝射流，大量套用於清洗、切割、破岩等方面。進行噴嘴結構設計時，若能根據靶物材料破壞特性採用不同的射流打擊頻率,則不僅能提高生產效率，還可大大降低工程設備配套功率、壓力等級及工藝製造難度。課題以水力清洗為工程背景，通過揭示自激脈衝射流發生機理，分析汽液相變弛豫特性對脈衝射流的影響，建立自激振盪腔內汽液相變與脈衝頻率的關係，從而獲得低頻自激脈衝射流頻率調製方法。主要內容包括自激振盪腔內周期性相變三維受限空間湍射流數值模擬理論、汽液相變頻域分析以及自激脈衝噴嘴頻率調製的試驗研究。首先，通過修正和完善非平衡態空化模型，提高對腔內大尺度渦環擬序結構汽液相變的模擬精度；其次，利用自激振盪腔汽相體積分數近周期性變化特點，建立噴嘴結構及工作壓力與脈衝射流頻率的關係；最後，通過自激噴嘴頻率調製試驗裝置，設計可調噴嘴進行脈衝射流的頻率調製，以驗證數值計算理論，為工業套用提供依據。
結題摘要
自激脈衝噴嘴利用流體自激產生脈衝射流，大量套用於清洗、切割、破岩等方面。進行噴嘴結構設計時，根據材料屈服特性，採用不同頻率的脈衝射流打擊目標,不僅能提高生產效率，還可大大降低工程設備配套功率、壓力等級及工藝製造難度。課題以水力清洗為工程背景，通過揭示自激脈衝射流發生機理，分析汽液相變弛豫特性對脈衝射流的影響，建立了自激振盪腔內汽液相變與脈衝頻率的關係，從而獲得低頻自激脈衝射流頻率調製方法。主要內容包括自激振盪腔內周期性相變三維受限空間湍射流數值模擬、汽液相變及流場、壓力場脈衝的頻域分析，以及自激脈衝噴嘴頻率調製的試驗研究。首先，比較了不同模型和算法對三維非定常周期性相變的模擬精度及計算時間，LES由於大渦模擬不能對介質的非定常相變進行處理，因此本項目僅在初期採用大渦模擬的方法對流場和壓力場進行仿真，尋找出對脈衝頻率和幅值有較大影響的自激噴嘴結構及其對應的操作壓力；而在後期主要採用了湍流模型和空化模型對最佳化結構的噴嘴進行模擬，並基於工業套用，提出自激發生的判別準數的函式形式，為自激脈衝噴嘴設計及其頻率調製方法提供了理論依據。試驗研究方面，基於試驗設計對自激噴嘴關鍵參數及操作壓力進行了正交試驗設計，對試驗數據的分析得出了中低壓範圍內，產生自激的工作壓力及敏感結構參數與頻率的對應關係。其次，重點針對操作參數在頻率調製過程中的影響進行了單因素分析，與數值仿真計算結果取得了一致。表明腔內大尺度渦環擬序結構及汽液相變的確存在，並影響甚至決定著自激脈衝的頻率和振幅；最後，項目還對脈衝射流打擊力隨靶距衰減規律進行了試驗，並與相同條件下的連續射流進行了對比，給出了噴嘴關於不同壓力、頻率的打擊力計算公式；清洗效果試驗還將對根據不同材質打擊對象進行，根據水力清洗工業中3種典型的材質，根據每種打擊材質的清洗時間及清潔度，判斷最佳打擊力、頻率和靶距，為工業套用提供依據。公開發表的相關成果有2篇核心期刊論文（其中1篇為EI收錄期刊錄用），2篇工程熱物理學會會議論文(2011、2012年)，1篇國際流體機械學會會議論文（ISFMFE 212），該論文被JIFMS（International Journal of Fluid Machinery and Systems）錄用；試驗台架發明專利1項，培養博士研究生2名，碩士研究生2名。
