《閉環控制下圓湍射流混合機理的實驗研究》是依託哈爾濱工業大學，由曹華麗擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：閉環控制下圓湍射流混合機理的實驗研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：曹華麗
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目通過一種新的基於並聯高頻電磁閥組的脈衝微射流系統，進行閉環控制下的圓湍射流混合機理的實驗研究。該微射流系統不僅可同時控制多個激勵參數，而且具有更快的回響速度。本項目擬開展如下三方面的研究：(1)開環實驗研究，建立微射流脈衝頻率、質量流率以及相位差與射流流場結構的關係；(2)設計基於多變數極值搜尋算法的閉環控制模型，尋求最佳反饋信號，確定最優控制策略；(3)套用相位鎖定技術，測量擬序結構的時空演變特性，以期獲得射流控制對渦環捲起和配對、流向渦和縱向渦的形成發展的影響機制，闡明微射流的激勵頻率、質量流率以及相位差等參數對射流流場物理(射流張角、速度衰減率、擬序結構形態)的影響規律，為實現複雜湍射流的有效控制提供理論基礎。
結題摘要
本項目已經搭建完成一個基於並聯高頻電磁閥組的微射流控制系統，該系統可實現微射流了多參數同時控制，包括微射流質量流率、激勵頻率以及占空比。通過開環實驗研究，獲得了不同控制參數（微射流質量流量、占空比、激勵頻率比、雷諾數等）對射流流場混合特性的影響規律。研究發現，在微射流質量流率比一定的情況下，存在最佳激勵頻率比1和最佳占空比15%。在所研究的雷諾數範圍內，速度衰減率K對微射流質量流量比有很強的依賴性。加入微射流擾動後，主射流的擴散與卷吸現象是隨著雷諾數的增加而減弱的，而臨界雷諾數（Re ≈ 10^4）為此變化的轉折點。研究還發現，兩支微射流最優入射角度為180°，其次是120°，60°最差。 在開環控制研究基礎上，以周期性微射流的激勵頻率為控制信號構建了閉環控制系統，改進了極值搜尋算法，實現了實時調整激勵頻率fe的搜尋範圍，使得閉環控制系統更快更精準地搜尋到相應極值。將x = 5D位置的射流中軸線速度衰減率K確定為反饋及監測信號，通過仿真及實驗得到了閉環控制系統各部分的最佳參數，以達到閉環控制系統自動增強射流混合併加快主射流軸向速度衰減的目的。該方法具有很好的魯棒性，收斂時間減少了30s，且具有很好的自適應性。 採用PIV技術和流動顯示技術對射流流場結構的研究發現，發現兩種控制機理：（1）在微射流質量流率較小情況下，微射流擾動作用僅發生在靠近微射流一側，形成了非對稱射流結構，從而導致射流柱振盪，有利於增強射流混合；（2）在微射流質量流率較大情況下，微射流動量足夠大穿透主射流核心區，導致射流在出口附近形成蘑菇狀渦結構，蘑菇狀渦結構的徑向生長有利於射流擴散，增加射流混合。
