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带有射流控制的新型扑翼获能特性数值模拟研究作者：王家跃王莹来源：《能源研究与信息》2022年第03期摘要：为了研究扑翼的获能机理，以NACA0012为基准翼型提出了一种添加射流控制的扑翼获能装置，并基于动网格技术进行了数值计算，研究了当雷诺数Re=13 800时射流位置、射流方式等关键参数对扑翼获能效率的影响规律。
结果表明，与原型扑翼相比，添加射流控制能够有效提升扑翼的获能效率。
另外，采用射流速度遵循正弦规律的新型射流控制方式不仅能增强扑翼运行结构的稳定性，而且能在一定程度上提升扑翼的获能效率。
关键词：扑翼;获能;射流控制;数值模拟中图分类号：TK79文献标志码：ANumerical simulation of energy extraction characteristics of a new type of flapping foil with jet flow controlWANG Jiayue，WANG Ying（School of Energy and Power Engineering，University of Shanghai for Science and Technology，Shanghai 200093，China）Abstract：In order to study the energy extraction mechanism of flapping foil，a new type of flapping foil with jet flow control was proposed. Based on the dynamic grid technology，the influence of key parameters such as jet flow position and jet flow mode on energy extraction efficiency of flapping foil has been studied at Re=13 800 by using NACA0012 as a reference airfoil. The results showed that compared with the original flapping foil，adding jet flow control could effectively improve its energy extraction efficiency. In addition，the jet flow mode following a sinusoidal law could not only enhance the stability of the flapping foil structure at operation，but also improve the energy extraction efficiency of the flapping foil.Keywords：flapping foil;energy extraction;jet flow control;simulation現有的开发利用潮汐能的可再生能源装置都是以水轮机为主。
射流振荡器的回流特性和切换特性研究吴西云;董金钟【摘要】射流振荡器是一种能在入口提供定常流动,出口产生非定常脉动射流的流体器件.本文以数值模拟为主要手段,研究一种射流振荡器内部流场特征,并研究其回流特性和切换机理.提出主射流沿着其中一个出口流出,由于受到腔体低压区的作用,另一个出口产生回流.回流程度随进出口压力和环境温度的升高而减小,随劈距的增加而增大.随控制端流量的增加,出口相对入口流量不断减小,继续增加控制端流量,射流发生切换.对射流振荡器的研究设计具有一定的参照意义.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2016(016)032【总页数】5页(P314-318)【关键词】射流振荡器;数值模拟;回流程度;切换【作者】吴西云;董金钟【作者单位】北京航空航天大学能源与动力工程学院,北京100191;北京航空航天大学能源与动力工程学院,北京100191【正文语种】中文【中图分类】V211.3射流振荡器是以流体为工作介质，从入口引入一股定常射流能在出口产生非定常脉动射流的流体器件。
它的结构简单，体积小，不需要任何可动部件，且能适应强辐射、强腐蚀、强振动和强冲击等极端复杂的工作环境，具有非常广泛的应用。
由于科恩达效应[1]的影响，流经喷嘴的射流会发生偏转并逐渐沿着其中一个扩张壁面流动，流向出口，同时在控制流的作用下，主射流发生偏转流向另一个出口，这样周而复始引起射流的周期性振荡。
国内外对射流振荡器的流场特性及切换特性等方面做了大量的研究。
如Douglas Feikema等[2] 定义控制端射流和入口流量的动量通量的比值来研究射流振荡器的切换特性，提出这个比值过大或过小都会影响射流振荡器的切换性能，并得出这个比值约为0.25时能使切换效果最好。
Vaclav Tesar等[3]将两个控制端用一管道连接，在两端压差的作用下，产生射流的振荡，振荡的频率与管道的长度有关。
Vaclav Tesar[4]将两个不同尺寸的射流振荡器串联在一起，尺寸小的称为主动装置，产生高频振荡气流，控制大尺寸振荡器产生大流量振荡气流。
第52卷第5期电力系统保护与控制Vol.52 No.5 2024年3月1日Power System Protection and Control Mar. 1, 2024 DOI: 10.19783/ki.pspc.231126含有调速器多死区环节的风水火系统频率稳定分析周子超1，吴水军2，束洪春1，孙士云1，冯海洋1，邓 涵1，徐 韬1(1.昆明理工大学，云南 昆明 650500；2.云南耀宇电力有限公司，云南 昆明 650200)摘要：“双高”背景下新型电力系统面临着非线性机理复杂的稳定问题，传统机组调速器与风电控制器中死区非线性组合间的相互作用，在一定程度上影响了系统的频率稳定性。
为此，在奈氏定理的基础上探究不同死区非线性组合下系统频率振荡的影响规律，主要针对死区类型、死区大小和死区顺序3个方面进行研究，涉及单死区系统和多死区系统。
理论分析了其非线性系统的稳定性，并根据稳定极限环条件求解系统的临界振幅和振荡频率。
通过改变死区类型及顺序，影响机组对系统频率的支撑能力，指出了系统频率稳定与临界振幅的关系，并在Matlab/Simulink中对上述理论分析进行了仿真验证。
结果表明机组死区大小和类型均会改变系统的临界振幅和振荡频率，为机组配置死区提供了一定的参考依据。
关键词：频率稳定；多死区环节；非线性环节；调速器；扩展描述函数Frequency stability analysis of a wind-hydro-thermal system with a governor multi-dead-zone linkZHOU Zichao1, WU Shuijun2, SHU Hongchun1, SUN Shiyun1, FENG Haiyang1, DENG Han1, XU Tao1(1. Kunming University of Science and Technology, Kunming 650500, China;2. Yunnan Yaoyu Electric power Co., Ltd., Kunming 650200, China)Abstract: Under the “double high” background, the new power system is faced with the stability problem of complex nonlinear mechanisms. The interaction between the nonlinear combination of the dead zone in the traditional unit governor and the wind power controller affects the frequency stability of the system to a certain extent. Therefore, on the basis of Nye’s theorem, the influence law of system frequency oscillation with different dead-zone nonlinear combinations is explored, mainly focusing on three aspects: dead-zone type, size and order, involving both single and multi-dead-zone systems. The stability of the nonlinear system is analyzed theoretically, and the critical amplitude and oscillation frequency of the system are determined from the stable limit cycle condition. By changing the type and order of the dead zone, the ability of the unit to support the system frequency is affected, and the relationship between system frequency stability and the critical amplitude is pointed out. The above theoretical analysis is simulated and verified in Matlab/Simulink. It is concluded that the size and type of the unit dead zone will change the critical amplitude and oscillation frequency of the system. This provides a certain reference for the unit to configure the dead zone.This work is supported by the Key Project of National Natural Science Foundation of China (No. 52037003).Key words: frequency stabilization;multi-dead zone link; nonlinearity link; governor; extended describing function0 引言构建高比例新能源电力系统是实现我国能源转型的重要举措，高比例新能源接入对新型电力系统频率稳定的影响存在众多亟待攻克的难题[1]。
射流元件附壁流场计算及其分析许福东; 董立; 谭超【期刊名称】《《现代机械》》【年(卷),期】2019(000)004【总页数】5页(P83-87)【关键词】射流元件; 流场; 数值计算; 射流式水力振荡器【作者】许福东; 董立; 谭超【作者单位】长江大学机械工程学院湖北荆州434023【正文语种】中文【中图分类】TH1220 引言随着石油开发的逐渐深入，国内外对于水力振荡器的研究逐渐深入[1-6]，种类繁多的水力振荡器被研制出来，射流式水力振荡器作为这个大家族中的一员逐渐崭露头角，其中的附壁射流元件更是控制水力振荡器振动的关键部件，因此，射流元件的流场研究对射流式水力振荡器的性能优化有十分重要的作用。
对于射流元件的流动特征，国内外许多学者做了大量的研究[7-10]，但是由于某些方面的局限，对射流元件的流动过程以及其内部的流场研究不是十分的深入，仅仅只是作出了简单的模拟或者实验研究。
本文利用数值计算的方法对射流元件内部附壁流场进行了较为深入研究，推导了射流偏转时的角度公式、主射流附壁时的位置公式以及各出口与入口之间流量与速度的关系公式，并对射流元件附壁动态切换过程进行了模拟。
1 射流的附壁效应及其切换图1 附壁射流原理图如图1所示，从喷嘴喷出的射流，在两个附壁面之间流动，两个面到喷嘴之间的距离不等，由于射流的卷吸，造成两侧的压力降低，就有流体补充进来，形成附加流动。
由于喷嘴到两边的距离不等，造成射流两侧流速不同，流速越大压强越小，主射流两侧将会产生压力差。
在压差的作用下射流偏转，直到主射流完全吸附到附壁面稳定流动。
即使射流元件两个附壁面到喷嘴之间的距离相等，射流仍然可以附壁，因为射流离开喷嘴，流束两侧的情况完全相同，但这是一种不稳定状态，只要存在微小的扰动，流束就会偏转，使两侧形成压差，迫使射流附壁[11-15]。
射流的切换是指射流从附壁一侧在外力作用下，被推向另一侧壁的过程。
在射流时，使得低压区域压力增高，则射流向另一侧偏转，这就是射流的附壁切换。
一种新型射流元件的仿真和测试
张忠波;马武举
【期刊名称】《计算机仿真》
【年(卷),期】2016(0)3
【摘要】射流元件是一种重要的制导火箭弹姿态控制器件.射流力切换延迟时间对制导火箭弹的控制精度十分关键,但目前尚无法测量.为了获得精确的射流力切换延迟时间,设计了一种新的实时测试方法,采用霍尔传感器检测摇臂的位置来测试射流力的切换时间并进行了建模仿真,摇臂位置变化与射流力切换一致.实验结果与仿真数据相符.射流力切换延迟时间测试方法,有助于提高射流元件控制精度,能够显著提高弹道修正火箭的射击密集度.
【总页数】4页(P76-79)
【作者】张忠波;马武举
【作者单位】中国船舶重工集团公司第七一○研究所,湖北宜昌443003;中国船舶重工集团公司第七一○研究所,湖北宜昌443003
【正文语种】中文
【中图分类】TJ765.4+3
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5.一种新型的数字系统开发工具──《仿真—测试仪》ST [J], 沈嗣昌;王成华;吴宁因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
全射流喷头水力尺寸对运转可靠性的影响
李红;陈超;谢福祺;刘孟
【期刊名称】《中国农村水利水电》
【年(卷),期】2007()1
【摘要】从研究全射流喷头水力尺寸与可靠性的关系入手,寻找提高产品可靠性的方法。
提出了影响喷头工作稳定可靠性的主要因素为主射流的附壁时间及主射流的附壁力。
探讨了接嘴插拔深度及其内孔直径、作用区位差S、盖板出口位差H1和H2、出口间隙C等关键水力尺寸及其相互之间配合对主射流附壁时间及主射流的附壁力的影响,进而得出对喷头可靠性的影响。
最后得出要使喷头运转稳定可靠,需对喷头的水力尺寸进行深入的研究,找出水力尺寸间的最佳组合。
【总页数】3页(P22-24)
【关键词】全射流喷头;可靠性;水力尺寸;附壁时间;附壁力
【作者】李红;陈超;谢福祺;刘孟
【作者单位】江苏大学流体机械工程技术研究中心
【正文语种】中文
【中图分类】S274.2
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浅析SWT型双向可调式射流器
李祖才;王剑波;王剑平
【期刊名称】《机电工程技术》
【年(卷),期】2000(000)004
【摘要】阐述SwT型双向可调式射流器的设计原理、结构、运行特点和使用价值。
【总页数】3页(P72-74)
【作者】李祖才;王剑波;王剑平
【作者单位】齐齐哈尔铁路分局，黑龙江齐齐哈尔 161001;中国电力信托投资有
限公司，北京 100053;齐齐哈尔市四通科技有限公司，黑龙江齐齐哈尔161005【正文语种】中文
【中图分类】TB4
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第2章射流元件工作原理2.1 有限空间内流体流动理论从喷嘴向同一流体的半无限空间喷出的射流一般称为自由射流；从圆形截面喷嘴喷出的射流可以称为三维自由射流，而从矩形截面喷嘴喷出的射流在特定情况下可以称为二维自由射流。
理论上要求矩形截面喷嘴高度与宽度之比为无限大时才可以成为二维射流，但通常只要求喷嘴高宽比为5以上或射流上下夹以平板就将射流称为二维射流。
有限空间射流是指一种自喷嘴或孔口流出后，流入一有限区域（或周边区域受到约束）的流动。
射流泵、喷射器及燃烧室等的内部流动均可概化为有限空间射流流动。
与自由射流相比，由于射流出流后受到固体边壁的约束，射流的扩展受到固壁的限制，并由此产生不可忽视的轴向压力梯度，因而有限空间射流的扩展以及流体各变量的分布呈现出与自由射流不同的规律和形状。
2.1.1 流动特点在有限空间内流动的射流结构如图2-1所示。
ⅠⅡⅢⅣ图2-1 有限空间流体流动状态Fig2-1 Finite Space Flowing StructureI—流核区II—基本区III—回流区IV—管流区可以分为四个不同的流动区域：在第I区域，射流核心速度保持不变，即有流核存在。
在外层，由于固壁边界的影响，被引射流受到固壁的剪切作用，且射流与被引射流之间还由于射流边界层的剪切作用而发生能量、质量的交换。
此区称之为流核区；第 II 区域为基本流动区，在此区域，随着能量、质量交换的加剧，射流边界层迅速扩展到壁面，流核消失，流场各参量之剩余剖面在此区域基本相似，此区域是有限空间射流流动的最基本区域；第III区域称之为回流区，这是一个可能存在的区域。
如果射流在扩展到固壁之前，卷吸了所有的被引射流，则固壁边界层会发生分离。
在流体方向上产生回流，所以称之为回流区，回流的产生可以用无因次参数C t 来判定。
第四区域为管流区，在环流区内边界层由分离到附壁点，在附壁点之后射流与被引射流相互混合，流体动量分布接近均匀，射流趋于一致，在下游较远区域呈现出完全管流的流动特征。
2.1.2 基本关系射流在有限空间中运动，一方面卷吸周围流体，另一方面与固壁相互作用，使其表现出与自由射流不同的特性。
（1）能量守恒射流产生卷吸作用，但卷吸是因为射流产生的，所以整个流动的质量还是守恒的，即∫=∂∂Rdr u x002πρ （2-1） （2）轴向动量关系由于存在轴向压力梯度及固体壁面摩擦阻力作用，故射流轴向动量不守恒。
动量方程可表示为02)(202=++∂∂∫ωτπρπR dr r u p xR （2-2） 其中，ωτ—管壁处的摩擦阻力。
（3）压力系数由于固壁的约束，有限空间射流存在压力梯度，压力的增加可以用压力系数来表示，其定义为：20021u p p ρϕ−=（2-3） 其中，0p —喷嘴出口断面处射流的压力。
2.2 附壁射流基础理论2.2.1 射流的附壁和切换如前所述，向流体中喷出流体时，射流与周围流体交换动量，产生卷吸现象。
有限空间的固壁限制了射流卷吸的流场，因而引起壁面与射流的干涉。
在图2-2中，射流左侧比右侧狭窄，为了补充因卷吸而带走的流体，流体通过狭窄的流路而流进左侧，根据Bernoulli公式，左侧的压力降低，于是射流更加偏向左侧，最终使得射流完全依附于左侧壁面流动。
当射流两侧的壁面对称时，射流也会产生向一边附着的现象，原因在于射流自身的紊乱。
因而，要形成稳定的附壁射流，一般要求流态为紊流。
图2-2 射流附壁原理Fig2-2 Mechanism of Wall-Attached Jet-Flow这样的附壁现象最初由H.Coanda发现，命名为柯安达效应，或者更广泛的意义上称为附壁效应。
而所谓射流的切换，是指射流从附壁一侧在外力作用下，被推向另一侧壁的过程。
在射流时，通过某种方式使低压涡流区域压力增高，则射流的曲率半径增大，涡流区域也扩大，结果是使射流靠近倾斜的对称壁。
由于这样的射流变化，射流两侧的静压差与射流离心力的平衡被破坏，或是由于涡流区域向外部敞开压力而增高，则射流向对侧附壁，这一现象就是射流的附壁切换。
在射流附壁切换中，射流向任一侧附壁都是稳定的状态称为双稳；仅附壁于一侧是稳定的状态称为单稳。
是双稳还是单稳，要根据两侧壁的相对位置，即壁与喷嘴的相对角度及壁的位差，以及低压涡流区域与外部的连接孔阻抗大小等而定。
但为了实现射流的切换，就需要改变维持射流附壁的压力差，这一过程通常由控制道输入控制信号来实现。
控制信号能够起到改变射流两侧压力差的作用。
使射流刚好附壁时的压力差称为“临界压差”，当压力差大于临界压差时，射流就可以附壁；压力差小于临界压差时，射流不会依附任何侧壁，在两个输出道都有流体输出；控制信号的输入，可以增大低压涡流区压力，从而减小压力差，当压力差小于临界压差时，射流的附壁状况将发生变化；特别的，当压力差恰好等于临界压差时，射流会自行切换，产生不稳定的振荡状态。
射流向任一侧附壁都是稳定的状态，称为附壁式双稳射流元件；若射流附壁仅于一侧是稳定的状态，则称为附壁式单稳射流元件。
液动射流式冲击器使用的是双稳射流元件。
对双稳射流元件，可以使用三种方式加入控制信号： （1）输入控制流若从外部经由控制道向低压涡流区域加入一股具有一定能量的控制流，与主射流进行碰撞，则低压涡流区压力就增高，射流的曲率半径就增大，涡流区域也扩大，附壁点往下移动，与此同时，主射流两侧的压力差就渐渐减小。
当低压涡流区的压力稍大于对侧压力，则射流就被切换到对侧。
图2-3 附壁射流切换过程示意图Fig2-3 Swithcing of Wall-Attached Jet-Flowa —刚输入的控制流；b —输入的控制流继续增加，分离涡增大，附壁点上移；c —主射流由左侧切换到右侧1—主射流； 2—控制流； 3—分离涡； 4—附壁点（2）关闭控制道在进行射流式冲击回转钻具的研制时曾用缸壁打眼以传递讯号进行切换，这种切换方式讯号可靠，但频率较低。
其流路如图2-4所示。
凹劈双稳射流元件，工作室内的平均压力比大气压高，因此，控制道通常向外排液体。
假设主射流附于右侧，推动活塞上行，当右控制道被堵，则右控制道内的压力由于无法排出流体而迅速增高，使压力增加，迫使主射流从右侧切换到左侧。
（3）背压切换背压指的是射流元件的输出阻抗。
输出阻抗增加到一定程度时（如作为执行元件时，输出推动活塞到头而被顶住时），附壁射流会自动地发生切换。
就元件工作区域来看，当附壁侧的输出阻抗受外界影响而增加时，输出口处的静压力上升，并逐渐影响到输出道上游，使分离涡区的平均压力增高，产生足够的横向压差，迫使主射流切换。
图2-4 关闭控制道Fig2-4 Condition of Shut the Control Channela bc射流式冲击器中主射流的切换实际上同时采用了控制流和背压两种切换机制组成一个封闭的反馈振荡器。
该振荡器是指两个输出口P 1和P 2能自动交替地进行输出（图2-5）。
选用反馈式振荡器作为冲击器的执行元件，其切换方式主要靠输出道内压力升高通过反馈道流入的控制流作讯号。
但由于它是执行元件，容易受冲击器外界阻力的影响，在冲锤中间状态就产生切换，从而出现冲击器行程不一致或冲击砧子不实等缺点。
为此在制作和调试射流元件时，应提高元件的附壁稳定性，使其切换压力增高。
2.2.2 附壁结构分析Bourque 和Newman 对附壁射流的低压涡流区的压力分布做了较广泛的研究，测得压力了低压涡流区的压力分布，给出了附壁点的定义。
附壁点（Attachment Point ）是从喷嘴流出的最外边的的流线与壁相接触的点，它表示流出的流动与回流向低压涡流区域的流动的分界点。
关于附壁现象，为了分析在流线间能量的不同，对在流线间有能量的迁移等问题需要作一些假定。
对二维不可压缩紊流射流的附壁结构分析提出明确方向的正是Bourque 和Newman 的研究，与此同时还有Sawyer 的研究，而其后Brown ，Levin 及Manion ，Sher ，Perry ，木村和光岗等的研究可以说是对Bourque 和Newman 两人方法的改进与发展。
（1） 附壁射流原理假设Bourque 和Newman 通过实验数据分析，认为对稳定状态的附壁射流，在附壁端存在涡流区域，射流中心线近似圆弧。
他们对不可压缩流体射流进行假设如下：① 射流是不可压缩的二维流动；② 喷嘴出口的喷射速速是相同的，即低压涡流区域并不影响射流的速度。
因而，如果喷嘴压力为P s ，外部压力为P a ，喷嘴流速为u ，喷嘴宽度为b 时，每单位深度的射流动量J 为：22/2/2)(2u b dy u b P P J b b a s ρρ==−=∫− （2-4）③ 低压涡流区内的压力Pb 在该区域是相同的，射流中心线近似于半径为R 的圆弧，)/(a b P P J R −=图2-5 冲击器切换Fig2-5 Condition of Hammer Switching④ 射流的动量保持一定，即忽略射流上下盖板的摩擦；⑤ 附壁射流横截面上的速度分布和射流中心线速度U m 变化规律与紊流二维自由射流相同；⑥ 附壁射流中心线外部压力为P a ，内部压力即低压涡流区压力为P b 。
（2）控制面模型将射流从喷嘴到附壁点的射流弧面作为分析控制面，将控制面与壁面组成的流体空间作为分析控制体。
那么在单位厚度下，在控制面附壁点处，应用动量定律得：201cos ))((cos J b D P P J J a r −+−=−αα将0J J r =代入上式，得2010cos ))((cos J b D P P J J a −+−=−αα （2-5）又有几何关系，)cos cos 1(0αθrR b D −=+ 以及RJ P P a 0=− 由上各式可得：210cos J J J r −=θ （2-6）又由于0J J r =，代入上式，则得到控制面模型的基本方程：21cos J J J r r −=θ （2-7）观察该式，可以发现控制面模型和附壁点模型实际上是相同的。
（3）带控制流的附壁射流分析为主射流加入控制流后，其附壁效果大致如图2-6所示。
由于控制流的的加入，主射流入射方向会产生一个偏向角度β，arctanJ J c=β c c c c b c c b P U b dy U J c≈==∫202ρρ20002U b J ρ=其中，J c —控制流动量；U c —控制流速度； b c —控制道宽度； P c —控制喷嘴压力。
根据二维紊流自由射流速度分布公式得出附壁射流的流速分布方程为：(sec 02s s yh U U m +=σ射流中心线流速为5.000])(43[s s J U m +=ρσ其中，s —喷嘴到射流边界的弧线长度；s 0—射流原点至喷嘴的距离，可不予考虑；σ—流体扩散系数，与侧壁形状、位差D 、倾角α有关，σ取值可参考表2-1。
