改进的极值搜索算法在增强射流混合方面的研究

发布时间：2019-09-22 03:46

【摘要】：本文主要研究一支周期性脉冲微射流控制的机理及闭环控制下射流混合增强的方法。主要采用一支周期性脉冲微射流对圆湍射流进行闭环控制实验。微射流小孔位于喷嘴出口上游17 mm处。两个主要控制参数分别是微射流与主射流的质量流量比Cm和脉冲微射流的激励频率fe。开环实验中射流出口中心位置雷诺数选定为8 000,9 333和16 000三种情况。应用流动可视化技术对入射平面、非入射平面以及一系列横截面进行定性测量。利用热线测量技术和PIV(Particle Image Velocimetry)技术对流场特性进行定量分析。通过改变微射流质量流量率比,控制脉冲微射流的电磁阀激励频率,找到最佳控制参数。而后针对开环实验所总结的射流流场特性构建射流的闭环控制系统。周期性脉冲微射流的激励频率fe作为控制信号,在x=5D位置的射流中轴线速度衰减率K作为反馈及监测信号。通过仿真及实验选择出闭环控制系统各部分的最佳参数,以达到闭环控制系统自动增强射流混合并加快主射流轴向速度衰减的目的。通过数据处理,着重对比分析两种闭环极值搜索控制方法的控制效果。通过实验研究表明,改变周期性脉冲微射流的激励频率和流量可以增强或减弱射流混合的程度。经过仿真和实验检测合理的设定闭环控制系统的参数,改进的极值搜索方案和传统极值搜索方案进行均可以达到自动控制射流混合增强的目的。由于存在参数r,改进后的极值搜索方案与传统的极值搜索方案相比,减少了15.3%的收敛时间,并且将稳定后的脉冲微射流的激励频率波动范围减少了70%,速度衰减率K增加了12%。改进的极值搜索方案的鲁棒性也更优于传统极值搜索方案,具有较强的抗干扰性。具体表现为,面对小尺度的外界扰动,两者收敛时间基本一致,而激励频率波动范围同样减少了70%。面对大尺度的外界扰动,改进后的极值搜索方案的收敛时间减少21.4%,稳态误差减少70%。
【图文】：

射流控制方式的分类主动控制方法进一步可分为开环控制和闭环控制两种方法

示意图,微射流,主射流,侧视图

图 2-1 射流实验装置示意图：a)主射流侧视图；b) 微射流装置示意图为了便于对实验研究及结果进行详细便捷的叙述，在射流出口位置中心点进行直角坐标系的建立。如图2-1 b）所示，依据右手定则，将射流出口位置中心点设为坐标系原点，沿流线运动方向设为x轴正方向，编号为2号的微射流喷射方向为z轴正方向，垂直于（x，z）平面向上的方向为y轴正方向。将（x，z）平面和（x，，y）平面分别定义为入射平面（injection plane）和非入射平面（non-injectionplane）。评估射流中心线上衰减程度的参数定义为K =（Ue-U5D）/Ue
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP67

【参考文献】