摆动淹没射流对底床脉动冲击的实验研究
发布时间：2021-01-27 14:50
射流冲击是水力工程中的常见问题,摆动射流对床面的作用值得深入研究。文章针对恒定水头的恒定往复摆动的淹没射流的近壁区流场及床面动态压力特性开展了实验研究,使用超声多普勒流速剖面测量仪（ultrasonic Doppler velocity profile,UDVP）测得摆动射流在约30°、45°及60°3个不同入射角情况下瞬间的平均瞬时流场,利用压力传感器得到不同床面位置的脉动压力。实验发现,摆动淹没射流存在自由射流区、射流冲击区和附壁流区3个不同的流区。摆动射流在近壁区产生向上游回流的临界倾斜角比恒定倾斜射流时大。摆动淹没射流下冲击区床面压力随时间变化而有波动变化。床面瞬时压力峰值在射流摆动状态下略低于恒定倾斜射流情况,其随摆动频率的增加而略有降低,摆动幅角的影响可忽略。
【文章来源】：合肥工业大学学报(自然科学版). 2020,43(08)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
实验系统示意图
摆动频率f=0.5 Hz和摆角幅值α=±15°时床面不同位置的脉动压力系数Cp如图3所示。需要指出的是,实测的压力波动值比图3曲线要频繁,通常认为这是由于流场中的湍流及涡流作用导致的瞬时小幅波动。这种瞬时小幅波动值与射流冲击引起的压力显著值相比要小而不规律得多,但会干扰摆动淹没射流冲击力的时空分析。文献[8]在研究射流冲击压力时,使用短时步长平均法对压力信号进行滤波,即将恒定短时间步长内的压力信号进行平均,并通过同一水环境中非射流直接冲击处的床面压力进行零位校正,从而有效降低水流紊动干扰,以对比分析射流冲击压力的显著值与流场特性的关系。本文在对压力信号处理过程中采用相同方法。从图3可以看出,摆动射流作用下床面各点Cp随时间的变化并不是一个随机过程,Cp值在各测位的压力均出现周期性的波动现象,而且波动周期均与射流摆动相同,即f=0.5 Hz。但是,各测位的压力波动幅值与波动形式出现了差异。在x/D=0处,Cp值在一个射流摆动周期内出现了2次幅值近乎相同的波峰(Cpp=0.893±0.012)及幅值大小有差别的波谷(Cpv1=0.062±0.011、Cpv2=0.523 ± 0.008)。流速双峰的出现可能是由于在一个摆动周期内,射流2次扫过该测点,并且均为直接冲击,导致出现Cp值相同的2个波峰。不同的谷值则可能是由于摆动射流在扫经上游点(θ+ωt=60°)和下游点(θ+ωt=30°)时,射流对该测点造成的压力影响不同。由前文所述的瞬时流场可知,摆动射流在扫经上游点(θ+ωt=60°)时,射流流量在其下游方向产生了较为大的分流,分流后产生的附壁射流仍然对床面有一定压力作用,导致该测点谷值仍较大;而摆动射流在扫经下游点(θ+ωt=30°)时,射流流量几乎不向上游分流,致使该测点谷值压力较小。测点x/D=2 处的压力波动方式与x/D=0 处相似,但峰值与谷值小于x/D=0 处,其中,Cpp=0.689±0.017, Cpv1=0.058±0.013, Cpv2=0.344±0.011。
不同摆角下x/D=0处的瞬时压力幅值的变化情况如图4b所示。从图4b可以看出,随着摆角的增加,Cpm值较稳定地分布于0.9附近,与文献[4] 的倾斜射流实验结果存在一定差别,但未出现明显增加或减小的趋势。3个摆角下Cpw与Cp=0.9之间的间距为±0.015,表明摆角对摆动射流Cpm值的影响可以忽略不计。3 结 论
【参考文献】：
期刊论文
[1]耙吸挖泥船高压冲水淹没射流演化过程试验[J]. 洪国军,江帅,尹纪富,张晴波. 水运工程. 2018(10)
[2]水垫塘冲击射流附壁区的水力特性[J]. 李乃稳,李龙国,庄文化,刘超. 四川大学学报(工程科学版). 2015(03)
本文编号：3003237
【文章来源】：合肥工业大学学报(自然科学版). 2020,43(08)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
实验系统示意图
摆动频率f=0.5 Hz和摆角幅值α=±15°时床面不同位置的脉动压力系数Cp如图3所示。需要指出的是,实测的压力波动值比图3曲线要频繁,通常认为这是由于流场中的湍流及涡流作用导致的瞬时小幅波动。这种瞬时小幅波动值与射流冲击引起的压力显著值相比要小而不规律得多,但会干扰摆动淹没射流冲击力的时空分析。文献[8]在研究射流冲击压力时,使用短时步长平均法对压力信号进行滤波,即将恒定短时间步长内的压力信号进行平均,并通过同一水环境中非射流直接冲击处的床面压力进行零位校正,从而有效降低水流紊动干扰,以对比分析射流冲击压力的显著值与流场特性的关系。本文在对压力信号处理过程中采用相同方法。从图3可以看出,摆动射流作用下床面各点Cp随时间的变化并不是一个随机过程,Cp值在各测位的压力均出现周期性的波动现象,而且波动周期均与射流摆动相同,即f=0.5 Hz。但是,各测位的压力波动幅值与波动形式出现了差异。在x/D=0处,Cp值在一个射流摆动周期内出现了2次幅值近乎相同的波峰(Cpp=0.893±0.012)及幅值大小有差别的波谷(Cpv1=0.062±0.011、Cpv2=0.523 ± 0.008)。流速双峰的出现可能是由于在一个摆动周期内,射流2次扫过该测点,并且均为直接冲击,导致出现Cp值相同的2个波峰。不同的谷值则可能是由于摆动射流在扫经上游点(θ+ωt=60°)和下游点(θ+ωt=30°)时,射流对该测点造成的压力影响不同。由前文所述的瞬时流场可知,摆动射流在扫经上游点(θ+ωt=60°)时,射流流量在其下游方向产生了较为大的分流,分流后产生的附壁射流仍然对床面有一定压力作用,导致该测点谷值仍较大;而摆动射流在扫经下游点(θ+ωt=30°)时,射流流量几乎不向上游分流,致使该测点谷值压力较小。测点x/D=2 处的压力波动方式与x/D=0 处相似,但峰值与谷值小于x/D=0 处,其中,Cpp=0.689±0.017, Cpv1=0.058±0.013, Cpv2=0.344±0.011。
不同摆角下x/D=0处的瞬时压力幅值的变化情况如图4b所示。从图4b可以看出,随着摆角的增加,Cpm值较稳定地分布于0.9附近,与文献[4] 的倾斜射流实验结果存在一定差别,但未出现明显增加或减小的趋势。3个摆角下Cpw与Cp=0.9之间的间距为±0.015,表明摆角对摆动射流Cpm值的影响可以忽略不计。3 结 论
【参考文献】：
期刊论文
[1]耙吸挖泥船高压冲水淹没射流演化过程试验[J]. 洪国军,江帅,尹纪富,张晴波. 水运工程. 2018(10)
[2]水垫塘冲击射流附壁区的水力特性[J]. 李乃稳,李龙国,庄文化,刘超. 四川大学学报(工程科学版). 2015(03)
本文编号：3003237
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/shuiwenshuili/3003237.html
