自振射流流体瞬态频率特性与仿真研究
发布时间：2022-08-08 15:24
自振射流因具有强烈的空化作用,被广泛应用于深海资源开采领域,而其频率特性直接影响空化效果,进而影响射流的冲蚀特性。但是在复杂的深海环境下,自振射流的频率特性因受射流非定常瞬态流动及其周围环境因素的影响,其频率结构与空化特性的关系一直不清,影响了射流空蚀效果的进一步提高。本文针对自振射流瞬态流动特点,研究自振射流频率特征、时频特性、空化特性以及多物理场作用,建立流场特性与空化作用、打击冲蚀效果之间的评价体系。本文首先阐述了自振射流的瞬态流动特性及频率特征,基于水声学原理、流体瞬变流理论,分析了自振射流喷嘴的声学共振频率特征;基于空化空泡动力学,探讨了流场域空化频率特性;基于此获取了自振射流的特征频率组成。考虑深海高围压环境,结合自振射流多物理场实验平台,依据自振射流的频域响应,设计了自振射流喷嘴的物理结构。基于自振射流流场频带组成,对风琴管式自振射流喷嘴的频域结构进行解调分析,提取了共振频率及其谐波、空泡振荡频率、游移空化频率以及这几类特征频率相互作用形成的相干频率。在此基础上,研究自振射流的空化指示特性,给出不同空化状态的特征频率组成经验公式。基于自振射流频域结构的解调分析,考虑自振射...
【文章页数】：150 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题来源
1.2 研究背景及意义
1.2.1 水射流的发展
1.2.2 自振射流的发展
1.2.3 自振射流的研究意义
1.3 自振射流研究现状
1.3.1 国外研究现状
1.3.2 国内研究现状
1.4 自振射流研究存在问题
1.5 本文主要研究内容
1.6 本章小结
2 自振射流瞬态流动与频率特性
2.1 自振射流流场结构及频率反馈机理研究
2.1.1 淹没射流结构
2.1.2 常用自振射流喷嘴结构形式
2.1.3 自振射流喷嘴腔外频率反馈特性研究
2.1.4 风琴管式自振射流瞬态流场域特性
2.1.5 Helmholtz式自振射流瞬态流场域特性
2.1.6 壁面射流二次涡原理
2.2 自振射流共振频率特性研究
2.2.1 基于水声学原理的共振频率研究
2.2.2 风琴管式自振射流喷嘴固有频率
2.2.3 Helmholtz式自振射流喷嘴固有频率
2.3 自振射流空化频率特性研究
2.3.1 空化机理
2.3.2 空化泡的初生
2.3.3 空化泡的膨胀
2.3.4 空化泡的溃灭
2.3.5 空化泡的固有频率
2.3.6 空化泡分类
2.4 自振射流瞬态流场频率特性
2.5 本章小结
3 自振射流流体压力脉动信号检测及特征频率
3.1 自振射流喷嘴结构参数的确定
3.2 自振射流瞬态频率特性研究方法
3.2.1 打击试验法
3.2.2 腔内信号检测法
3.2.3 可视化实验方法
3.2.4 管道流体信号检测法
3.3 常围压自振射流频域响应
3.3.1 常围压实验安排
3.3.2 常围压频域响应分析
3.4 高围压自振射流频域响应
3.4.1 高围压实验安排
3.4.2 高围压频域响应分析
3.5 自振射流全流场域特征频率解调
3.6 基于频率解调的自振射流全流场域空化指示分析
3.6.1 自振射流共振特征频率研究
3.6.2 自振射流共振伴随空化初生特征频率研究
3.6.3 自振射流共振伴随强烈空化特征频率研究
3.7 本章小结
4 自振射流流体压力脉动信号时频特性研究
4.1 时频分析方法
4.1.1 Morlet小波变换
4.1.2 同步压缩小波变换
4.1.3 小波脊线算法
4.2 时频分析方法验证
4.2.1 纯信号模型验证
4.2.2 纯信号模型混入高斯白噪声验证
4.2.3 常围压实验信号验证
4.3 自振射流流体压力脉动信号时频特性研究
4.4 自振射流流体压力脉动信号非平稳特性研究
4.5 本章小结
5 自振射流流场特性研究
5.1 自振射流湍流空化特性
5.1.1 多相流模型
5.1.2 湍流模型
5.1.3 空化模型
5.2 自振射流流体动力学模型建立
5.2.1 基本假设
5.2.2 数值仿真设置
5.3 自振射流流体动力学模型验证
5.4 自振射流流场域瞬态动力学特性
5.4.1 速度分布特性
5.4.2 压力振荡特性
5.4.3 空化特性
5.5 本章小结
6 自振射流多物理场作用
6.1 自振射流空泡振荡噪声特性频率辨识
6.2 自振射流流场域空化空泡时空演变过程
6.3 自振射流冲蚀特性
6.4 本章小结
7 结论、创新点及展望
7.1 结论
7.2 创新点
7.3 展望
参考文献
附录A 频域分析主程序
附录B 时频分析主程序
附录C 小波脊线算法
附录D 空化空泡时空演变过程
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集
本文编号：3671757
【文章页数】：150 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题来源
1.2 研究背景及意义
1.2.1 水射流的发展
1.2.2 自振射流的发展
1.2.3 自振射流的研究意义
1.3 自振射流研究现状
1.3.1 国外研究现状
1.3.2 国内研究现状
1.4 自振射流研究存在问题
1.5 本文主要研究内容
1.6 本章小结
2 自振射流瞬态流动与频率特性
2.1 自振射流流场结构及频率反馈机理研究
2.1.1 淹没射流结构
2.1.2 常用自振射流喷嘴结构形式
2.1.3 自振射流喷嘴腔外频率反馈特性研究
2.1.4 风琴管式自振射流瞬态流场域特性
2.1.5 Helmholtz式自振射流瞬态流场域特性
2.1.6 壁面射流二次涡原理
2.2 自振射流共振频率特性研究
2.2.1 基于水声学原理的共振频率研究
2.2.2 风琴管式自振射流喷嘴固有频率
2.2.3 Helmholtz式自振射流喷嘴固有频率
2.3 自振射流空化频率特性研究
2.3.1 空化机理
2.3.2 空化泡的初生
2.3.3 空化泡的膨胀
2.3.4 空化泡的溃灭
2.3.5 空化泡的固有频率
2.3.6 空化泡分类
2.4 自振射流瞬态流场频率特性
2.5 本章小结
3 自振射流流体压力脉动信号检测及特征频率
3.1 自振射流喷嘴结构参数的确定
3.2 自振射流瞬态频率特性研究方法
3.2.1 打击试验法
3.2.2 腔内信号检测法
3.2.3 可视化实验方法
3.2.4 管道流体信号检测法
3.3 常围压自振射流频域响应
3.3.1 常围压实验安排
3.3.2 常围压频域响应分析
3.4 高围压自振射流频域响应
3.4.1 高围压实验安排
3.4.2 高围压频域响应分析
3.5 自振射流全流场域特征频率解调
3.6 基于频率解调的自振射流全流场域空化指示分析
3.6.1 自振射流共振特征频率研究
3.6.2 自振射流共振伴随空化初生特征频率研究
3.6.3 自振射流共振伴随强烈空化特征频率研究
3.7 本章小结
4 自振射流流体压力脉动信号时频特性研究
4.1 时频分析方法
4.1.1 Morlet小波变换
4.1.2 同步压缩小波变换
4.1.3 小波脊线算法
4.2 时频分析方法验证
4.2.1 纯信号模型验证
4.2.2 纯信号模型混入高斯白噪声验证
4.2.3 常围压实验信号验证
4.3 自振射流流体压力脉动信号时频特性研究
4.4 自振射流流体压力脉动信号非平稳特性研究
4.5 本章小结
5 自振射流流场特性研究
5.1 自振射流湍流空化特性
5.1.1 多相流模型
5.1.2 湍流模型
5.1.3 空化模型
5.2 自振射流流体动力学模型建立
5.2.1 基本假设
5.2.2 数值仿真设置
5.3 自振射流流体动力学模型验证
5.4 自振射流流场域瞬态动力学特性
5.4.1 速度分布特性
5.4.2 压力振荡特性
5.4.3 空化特性
5.5 本章小结
6 自振射流多物理场作用
6.1 自振射流空泡振荡噪声特性频率辨识
6.2 自振射流流场域空化空泡时空演变过程
6.3 自振射流冲蚀特性
6.4 本章小结
7 结论、创新点及展望
7.1 结论
7.2 创新点
7.3 展望
参考文献
附录A 频域分析主程序
附录B 时频分析主程序
附录C 小波脊线算法
附录D 空化空泡时空演变过程
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集
本文编号：3671757
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