基于变化工作压力的自激吸气脉冲射流冲击时频特性研究

发布时间：2020-09-22 13:27

　　针对我国多泥沙河流水库库区泥沙淤积问题,提出一种吸气后具有较强聚能效果的自激吸气脉冲射流装置进行水库库底泥沙清淤的水射流技术,该射流技术吸气后能产生较强的瞬间冲击力,作用在库底有利于泥沙的起动、悬浮、输移。本文开展了淹没条件下自激吸气脉冲射流装置冲击试验,采用时频分析技术研究不同工作压力与喷嘴无量纲结构参数配比对自激吸气脉冲射流冲击力特性的影响:(1)分析了不同工作压力对自激吸气脉冲射流喷嘴冲击压力脉动信号的时频特性以及能量谱分布,得出了工作压力对喷嘴冲击压力、压力脉动频率和幅值、冲击力能量的影响;(2)对比分析了喷嘴吸气和不吸气工况下冲击压力的时频特性,吸气后射流冲击力大小、冲击压力脉动信号幅值、脉动频率以及冲击力能量较不吸气明显提高;(3)研究了不同工作压力下无量纲结构参数配比对冲击力时频特性和能量谱的分布的影响规律,得出了冲击压力时频特性最佳的无量纲结构参数配比范围。本文的研究成果为变化工作压力下的水下自激吸气脉冲射流喷嘴的结构参数配比优化提供理论基础。
【学位单位】：华北水利水电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TV145
【部分图文】：

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脉冲射流理论脉冲射流产生机理冲射流是水流在固定的喷嘴结构中，由于碰撞体的反馈和射流续射流转化为脉冲射流，水流在转化过程中能量产生聚集，随续射流相比，可以有效提高了脉冲射流瞬时驻点压力。冲射流分为高压小流量和低压大流量两类，其脉冲射流的发生要介绍一下。压小流量“波－涡作用机理”小流量采用“波－涡作用机理”来解释，理论基础为旋涡理论发生机理如图 2-1 所示，水流经由上喷嘴高速射入喷嘴腔室后存在大量的旋涡，并形成各种尺度的涡拟序结构，此结构与碰力波，产生的压力波反射至上游，由于剪切层的选择放大作用大尺度的旋涡拟序结构，同时产生新的扰动，当旋涡频率与喷，射流与碰撞壁互相作用，形成涡体扰动—放大—涡体产生的的脉冲射流。

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图 2-2 低压大流量和高压小流量自激脉冲射流示意图2 Schematic diagram of low pressure large flow and high pressure small flow self-excited 自激脉冲射流的特点激脉冲射流是新兴起的一种先进的脉冲射流，具有结构简单、加工容易、密封性好和节省能源等优点，广泛应用于设备去污、煤层气开发和河流和个领域，是一门具有良好发展前景的工程技术。激脉冲射流的特点体现在以下几个方面：1）借助自激脉冲射流产生的周期性射流，产生具有脉冲效果的驻点压力优越性明显。2）自激脉冲射流驻点压力由于具有脉冲性，反复循环破坏打击物体加速高打击和冲蚀效果。3）与连续射流相比，能够泵的泵压等级降低，降低工作管路型号及材料达到节能的效果。4）采用自激脉冲射流，由于不需要外加驱动设备，节省大量费用，并且位，使自动化控制更有利于实现。

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2 自激脉冲射流与时频分析理论口断面为底，以初始段长度为高的圆锥体。转折截面之后的部分为射流基本段。显然，通过观察射流结构图我们可知，流边界层的宽度随着距离喷嘴出口减少而增加，因而保持初始速度的射流区域相应减少，更多的周围环境中的水卷入到了射流流动中。当射流内边界线与轴线相交时，即在射流截面速度为0v 的点全都分布在射流轴线上时，称此射流截面是转折面或过渡面。射流轴心在线的速度在过渡面之前是不变的；射流轴心在线的速度在转折面之后开始衰减。

【参考文献】