射流振荡器的回流特性和切换特性研究
- 格式:docx
- 大小:41.12 KB
- 文档页数:7
振荡器的原理和设计方法分析和设计振荡器有两种常用的理论:正反馈理论和负阻振荡理论。
正反馈理论是将振荡器从电路上分为基本放大器和反馈网络两部分,从工作过程上分为起振到平衡两个阶段。
在微波频段由于各种分布参数和寄生效应的影响,将振荡器严格的分为具体的两部分较为困难,用负阻振荡理论可以很好的解释振荡机理,一般将器件看成一个单端口网络,主要考察端口阻抗而不管网络内部划分成几个部分。
在正反馈理论中,将振荡器在结构上划分为一个放大器和反馈网络两部分,如图2.3-1所示,则该振荡器的闭环传递函数G A可以表示为式2.3-1。
而振荡器有输出无输入,则Vin =0,Vout>0,所以式2.3-1分母为0,即G m(ω)=H A(ω) H F(ω)=1,设H F(ω)=H(ω)+j H(ω),放大器为实数增益,则有式2.3-2。
式2.3-2只适用于稳态情况,而在振荡器初始状态,必须有G m(ω)>1,即环路增益必须大于1才能使传递电压逐步增加,但这种增加不是无限制的进行下去,而是最终稳定在频率和功率保持不变的状态,这时满足振荡器的幅度条件和相位条件,即G m(ω)=1,φm(ω)=2nπ,(n=0,1,2….),振荡器最终工作在大信号状态。
振荡器的反馈回路包括振荡器的幅度条件和相位条件,即在某一频率点上将最终满足G m(ω)=H A(ω) H F(ω)=1,而在其它频率点上任何一个条件不能满足都不能起振。
除此之外,振荡器还必须满足稳定条件。
在振荡器由起振逐步过渡到平衡状态时,如果收到细微的噪声干扰,平衡状态将被破坏,振荡器的工作状态将有两种变化趋势,一个是经放大和反馈的作用,振荡器的工作平衡点远离原来的平衡点,在新的位置达到平衡,而且在干扰消失后不能回到原平衡点。
第二种变化趋势是在受到干扰后,振荡器能在原平衡点附近建立新的平衡,而干扰消失后振荡器能迅速恢复到原来的状态,第二种即是需要的稳定状态。
根据反馈网络的不同,又分为Colpitts 型、Hartley 型和Clapp 型。
流体振动研究状况流体诱发的振动作为专门的学术研究领域,从形成、发展到逐渐成熟迄今已有近50年的历史。
它的发展还得益于对飞机机翼的颤动以及悬索桥与烟囱的流振研究后所建立的基础。
自二十世纪60年代到70年代,对单相流体沿横向与轴向绕流管束时诱发的管子振动与声振动的研究,已取得相当大的进展。
1977年契诺韦士(Chenoweth)发表的技术报告对此有全面的介绍与总结。
我国则是从二十世纪80年代中期开始进行流体振动方面的研究,在振动机理、振动特性、防振措施等方面都作了许多工作。
流体诱发振动的机理管中单相或两相流体无论是沿管子的轴向还是横向流过管束时,由流体流动产生的动态力作用在管子上,都将导致管子振动。
至于管子振动的机理,目前比较一致的观点是以下四种:(1)旋涡脱落激振(Vorticity Shedding Excitation) 这种振动起因于从管子表面上周期性脱落的旋涡所产生的周期性的流体力。
如果旋涡脱落频率与管子的固有频率一致,管子便会发生共振。
处于横向流中的单根圆管,从管子表面上脱落的周期性的旋涡,即通常所称的卡门旋涡。
某种周期性脱落的旋涡使管子存在共振,特别是在液流或高密度的气流中,周期性的作用力相当大,因而管子的振幅也比较大。
两相流体横向流过管束,只有在体积含气率小于15%时才会发生周期性的旋涡脱落激振。
(2)湍流抖振(Turbulent Buffeting) 有时也称湍流激振(Tubulent Excitation)。
湍流抖振是指在节径比小于1.5 的密排管束中,由于没有足够的空间,故难以发生卡门漩涡的脱落。
但流体的极度紊流也会诱发管子的振动。
紊流漩涡使管子受到随机的波动的作用力。
而且紊流有一个相当宽的频带,当频带中的某一频率与管子任一振型的自振频率接近或相等时,便会导致大幅度的管子振动。
由于其引起的振动很不规律而且带有随机性,故一般认为紊流不是引起管子振动的最主要原因,而是引起流体弹性激振的主要原因。
水力振荡器的工作原理及频率选择作者:水力振荡器的工作原理及频率选择来源:水力振荡器的工作原理及频率选择发布时间:2008/11/13 10:24:07水力振荡器的工作原理及频率选择水力振荡器的种类不同,其工作原理也不同。
现介绍目前国内常用的赫姆霍尔兹(Helmholtz)腔形水力振荡器的工作原理及频率选择。
(1) 工作原理水力振荡器的振荡作用是在赫姆霍尔兹空腔内发生的。
当一股稳定的连续高压水射流由喷嘴d1射入,穿过一轴对称腔室,经喷嘴d2喷出时,由于腔室内径d 比射流直径大得多,因此,腔内流体流动速度远小于中央射流速度,在射流与腔内流体的交接面上存在剧烈的剪切运动。
如果是理想流体,则在交接面上速度不连续,存在速度间断面。
而对于实际流体由于粘性的存在,交接面两侧的流体必然会产生质量交换与能量交换,交接面上速度是连续的,但在其附近存在一个速度梯度很大的区域。
在此区域内因剪切流动而产生涡流。
由于是轴对称的圆孔射流,故涡流线将构成封闭的圆环,涡流以涡环的形式生成和运动。
在剪切层区产生了涡流,射流中心处(剪切内层)的流速会更高,腔室壁面附近(剪切外层)的流速将更低,根据伯努力方程,内层压力降低,外层压力升高,在压差作用下,促使腔室壁面流体的向心流动,涡旋将随射流向下游移动。
射流剪切层内的有序轴对称扰动(如涡环等)与喷嘴d2的边缘碰撞时,产生一定频率的压力脉冲,在此区域内引起涡流脉动(这也是一种扰动)。
剪切层的内在不稳定性对扰动具有放大作用,但这种放大是有选择的,仅对一定频率范围内的扰动起放大作用,如扰动频率满足这个范围,则该扰动将在剪切层分离和碰撞区之间的射流剪切层得以放大。
经过放大的扰动向下游运动,再次与喷嘴d2的边缘碰撞,又重复上述过程。
碰撞产生的扰动逆向传播,实际上是一种信号反馈现象。
因此,上述过程构成了一个信号发生、反馈、放大的封闭回路,从而导致剪切层大幅度地振动,甚至波及射流核心,在腔内形成一个脉动压力场。
双重移相控制的双向全桥DCDC变换器及其功率回流特性分析一、本文概述本文旨在对双重移相控制的双向全桥DCDC变换器进行深入研究,并探讨其功率回流特性。
随着电力电子技术的快速发展,DCDC变换器作为能源转换与管理的核心组件,广泛应用于电动汽车、可再生能源系统、数据中心等众多领域。
其中,双向全桥DCDC变换器因其高效率、高功率密度和灵活的能量双向流动特性而受到广泛关注。
双重移相控制策略作为一种先进的调制方法,能够有效优化双向全桥DCDC变换器的性能。
它通过独立控制两个桥臂的移相角,实现输出电压和电流的精确调节,同时提高变换器的整体效率。
然而,双重移相控制策略也带来了复杂的功率回流问题,即在变换器工作过程中,部分功率会在不同桥臂之间回流,导致能量损失和效率下降。
因此,本文将对双重移相控制的双向全桥DCDC变换器的功率回流特性进行深入分析。
我们将建立变换器的数学模型,明确功率回流产生的机理和影响因素。
然后,通过仿真和实验验证,研究功率回流对变换器性能的影响程度,并提出相应的优化措施。
我们将总结双重移相控制策略在双向全桥DCDC变换器中的应用前景,为相关领域的研究和实践提供参考。
二、双重移相控制的双向全桥DCDC变换器基本原理双重移相控制的双向全桥DCDC变换器是一种高效、灵活的电能转换装置,能够实现双向的电能传输和功率回流。
其基本原理在于通过两个独立的移相控制策略,分别控制全桥变换器的两个桥臂,从而实现输入与输出之间的电压和电流的灵活调节。
变换器由两个全桥电路组成,每个全桥电路包括四个开关管,通过控制开关管的通断状态,可以实现电能的输入和输出。
双重移相控制策略则通过独立控制两个全桥电路的移相角,实现电能的高效转换。
在功率回流过程中,双重移相控制策略可以有效地调整回流电流的大小和方向,从而实现功率的高效回流。
具体而言,当变换器工作在逆变状态时,通过调整移相角,可以控制回流电流的大小和方向,使其与输入电流相匹配,从而实现功率的高效回流。
流体振荡器在进气道流动控制中的应用研究孟腾;董金钟;吴西云【摘要】采用数值方法,对流体振荡器在S形进气道流动分离中的控制效果进行了仿真研究.应用CFD软件模拟计算了流体振荡器对进气道分离控制的作用,详细讨论了不同射流频率和射流角度对控制效果的影响.通过对流场的分析得出:射流频率和射流角度对控制效果有显著影响.射流频率为554 Hz,射流角度为45°时,控制效果最佳,总压恢复系数增加了0.403%,总压畸变指数减少了6.96%,分离区长度减少了8.07%.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2016(016)032【总页数】7页(P319-324,341)【关键词】流体振荡器;S形进气道;边界层分离;主动流动控制【作者】孟腾;董金钟;吴西云【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;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】V235.113进气道是飞机发动机的重要组成部件之一,由于气流最先流经进气道,其性能的优劣直接关系到发动机的正常使用。
随着现代战争的发展,战斗机的隐身性能逐渐被重视,曲线设计的S形进气道是一个很好的选择,弯折的管道设计能够遮挡压气机和涡轮叶片,减少雷达散射面积,从而达到隐身效果[1]。
同时,S形进气道可以缩短进气道长度,进而减轻飞机重量,增加其经济性。
S形进气道由于其特殊的结构特点,存在两个方向相反的弯道,气流在流经弯道时,受到离心力的作用,再加上沿程的逆压力梯度和横向压差的综合作用,使得S形进气道的总压恢复低、总压畸变大、出口流场不均匀,降低了发动机的净推力和燃油经济性,严重的甚至会引发飞行事故[2—4]。
因此对S形进气道的内部流场进行控制显得十分必要,流动控制按照是否有能量消耗主要分为两大类:被动控制(无源)和主动控制(有源)。
被动控制主要包括安装涡流发生器、导流片等,其机理是通过诱导产生的旋涡与主流底层边界层之间的相互作用,使得高能流体与低能边界层流体进行掺混,增强边界层流体能量,从而抑制分离[5—7]。
回旋振荡器的基本原理回旋振荡器是一种电子电路,用于产生连续波。
它是无线电通信系统中的重要组成部分,被广泛应用于无线电发射和接收设备、电子音乐设备、雷达系统等。
什么是回旋振荡器?回旋振荡器是一种自激振荡器,它能够通过反馈将一部分输出信号重新输入到自身的输入端,进而持续地产生振荡信号。
它由一个放大器、一个正反馈网络以及一个选择性频率输出部分组成。
回旋振荡器的基本原理回旋振荡器的基本原理涉及三个方面:放大器、正反馈网络和频率选择。
1. 放大器回旋振荡器中的放大器通常是一个差动放大器或共射放大器。
差动放大器由两个晶体管组成,通过电流控制放大器的输入信号。
共射放大器由一个晶体管构成,通过电压控制放大器的输入信号。
放大器的作用是将输入信号放大到足够的幅度,以覆盖正反馈网络的损耗,并提供足够的增益来补偿振荡器中的损耗。
2. 正反馈网络回旋振荡器中的正反馈网络是关键组件,它确定了回旋振荡器的频率和幅度特性。
正反馈网络将一部分从放大器输出端取得的信号通过一个滤波电路反馈回放大器的输入端。
正反馈网络的设计通常使用电感、电容和电阻等元器件组成的LC网络或RC网络。
LC网络是振荡频率的主要决定因素,而RC网络则用于调整相位和反馈增益。
正反馈网络产生的相位移以及放大器的增益使得回旋振荡器开始振荡,产生连续波。
3. 频率选择回旋振荡器需要具有稳定的频率特性,以便在整个工作范围内产生可靠的振荡信号。
为了实现频率选择,可采用以下方法:a. LC谐振器LC谐振器使用一个电感和一个电容组成的谐振电路。
通过选择合适的电感和电容值,可以使回旋振荡器在特定的频率范围内工作。
b. 晶体谐振器晶体振荡器中使用了一块晶体来提供稳定的频率参考。
晶体的共振频率由其尺寸和晶体材料决定。
晶体谐振器在回旋振荡器中被用作频率选择元件,以确保回旋振荡器的输出信号具有稳定的频率。
运行过程回旋振荡器的运行过程可以概括为以下步骤:1.输入信号经过放大器放大到足够的幅度,以覆盖正反馈网络的损耗。
赫姆霍尔兹水力振荡器工作原理引言概述:赫姆霍尔兹水力振荡器是一种常见的水力振荡器,其工作原理基于流体动力学和振动学原理。
本文将详细介绍赫姆霍尔兹水力振荡器的工作原理,包括其结构、工作流程以及应用领域。
一、结构:1.1 主体结构:赫姆霍尔兹水力振荡器主要由两个平行的圆柱体组成,分别为供水圆柱体和回水圆柱体。
两个圆柱体之间通过一个细长的连接管相连。
1.2 连接管:连接管负责将供水圆柱体和回水圆柱体连接起来,其长度和直径的选择对振荡器的工作效果有重要影响。
1.3 控制装置:赫姆霍尔兹水力振荡器通常配备有控制装置,用于调节振荡器的振动频率和振幅,以满足不同应用需求。
二、工作流程:2.1 进水阶段:当水流进入供水圆柱体时,由于连接管的存在,一部分水流将进入回水圆柱体。
2.2 水流对撞:当水流进入回水圆柱体后,由于水流速度的快慢差异,水流将在连接管中相互对撞。
2.3 振荡效应:水流对撞产生的压力波将在连接管中传播,当波反射回来时,会与下一波对撞,形成振荡效应。
三、工作原理:3.1 水流反射:振荡器中的水流将不断地在连接管中反射,形成连续的水流对撞和振荡效应。
3.2 压力变化:振荡器中的水流对撞会引起压力的变化,形成周期性的高低压区域,产生振动效应。
3.3 能量转换:振荡器中的振动效应将水流的动能转化为机械能,使振荡器产生周期性的机械振动。
四、应用领域:4.1 流体实验:赫姆霍尔兹水力振荡器常用于流体实验中,用于观察流体力学现象和研究流体动力学特性。
4.2 流量测量:振荡器的工作原理可以用于流量测量,通过测量振荡频率和振幅可以计算出流体的流量。
4.3 振动控制:赫姆霍尔兹水力振荡器的振动特性使其在振动控制领域有广泛应用,例如用于减震和降噪等方面。
五、总结:赫姆霍尔兹水力振荡器是一种基于流体动力学和振动学原理的水力振荡器。
其工作原理通过水流对撞和振荡效应实现能量转换和机械振动。
赫姆霍尔兹水力振荡器在流体实验、流量测量和振动控制等领域有着广泛的应用前景。
非定常空化流动及其诱导振动特性研究流激振动问题在航空航天、能源、机械、生物工程等工业领域普遍存在,是影响结构系统安全、稳定、高效运行的重要因素。
随着我国海洋资源开发、航行器高速推进技术、水利水电事业的发展以及先进材料在海洋工程、船舶推进系统等工程领域的广泛应用,复杂流动中的流固耦合效应使湍流诱振、涡激诱振、空化两相流诱振、双列叶栅强尾迹干涉以及动静水力干涉等诱发的结构振动等问题更加凸显,流激振动导致的振动噪声、部件局部失稳或疲劳失效已成为影响水下发射技术精准性与稳定性、水力机组安全运行与寿命损耗的重要因素。
尤其当高速流场中局部压力下降至饱和蒸汽压发生空化时,由于汽液相变的存在,流体的脉动力作用增强,振动加剧,这显著加剧了流激振动问题的理论难度。
本文主要针对我国战略舰艇推进技术研究、水力机械安全稳定运行过程以及复合材料在上述领域的应用中亟需解决的水动力关键问题,研究了非定常空化流固耦合振动机理以及材料力学性能对流激振动特性的影响。
本文的主要研究内容及创新性成果如下:建立了非定常空化流动与结构流激振动多场同步实验测量平台,开展了系列空化流激振动实验研究。
基于空化水洞实验平台,综合运用高速摄像观察和激光多普勒振动测试技术,实现了非定常空化流场形态和结构场瞬态振动的同步定量精确测量与分析。
结合结构模态测试和瞬态振动信号分析与振动评价方法,获得了水翼结构的模态特性和绕水翼单相流动的流激共振特性。
建立了一种非定常空化流动流固耦合数值计算方法。
该方法在流场域,考虑汽液多相流可压缩特性和多相复杂流场边界层流动分离和转捩特性,发展了一种基于修正k-ωSST模型的?-Re?转捩湍流模型;在结构场,分解水翼的弯曲与扭转变形运动,建立了考虑水翼结构水弹性响应的结构动力学模型;提出了一种考虑流体附加作用力的混合耦合算法,进行流场作用力和结构场变形量的提取和相互传递,提高了数值计算的稳定性和精确性。
获得了流动参数、结构激励参数等对水动力作用下的结构稳定性的影响。
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。
杨永印等[5]主要介绍了附壁式双稳射流元件的原理,并应用fluent数值模拟的方法详细阐述了主要结构参数的设计原则,对射流元件的设计具有一定参考意义。
汪志明等[6]运用计算流体力学的方法模拟了射流原件内部稳定附壁与射流切换的流动过程,并得出控制流上游来流位置对射流附壁影响很大。
白亚磊等[7]以数值模拟为主要手段,研究一种附壁射流元件内部流场的速度和压力分布,并研究其非定常流动机理。
提出主射流的偏转是由主射流两侧的压差导致射流偏斜,进而形成一低压涡流区,低压涡流诱导主射流附壁。
附壁射流元件的偏转特性与其几何结构和流体雷诺数有关。
本文应用数值模拟的方法,研究射流振荡器的回流特性以及切换机理,对射流振荡器的研究设计具有一定的参照意义。
射流振荡器的几何结构如图1所示。
S为入口,O1、O2为两个出口,C1、C2为两个控制端。
入口直径D 12 mm,喷嘴宽度B 2 mm,整个几何结构模型长95 mm,宽46 mm。
使用网格生成软件Gambit 构造非结构网格如图2所示,对近壁区及喷嘴附近区域进行了局部加密处理,经过网格无关性检验后,网格数量约为10万。
使用流体力学软件Fluent 15.0进行求解,求解方程组为二维可压缩流的基本方程组。
流体介质采用理想空气,湍流模型选取k-ωSST模型[8]。
壁面采用无滑移边界条件,入口边界设置为压力入口,出口边界为压力出口,压力p=101 325 pa,即环境压力(参考压力设置为0)。
采用稳态和非稳态进行数值求解,时间步长取为1×10-4 s。
2.1 射流的附壁过程主射流在初期,两端的压降相同,射流不发生偏转,一直处于对称分布状态,由于受到射流的扩散和卷吸作用,以及分流劈的影响,射流两侧出现不对称的小尺度旋涡[9],导致射流两端的压降发生变化,平衡渐渐地被打破,射流开始随机地向其中一个扩张壁面流动,在压差的作用下,射流的偏转程度逐渐加大,最后射流稳定地贴附于其中一个壁面流向出口。
图3和图4所示射流稳定附壁后的速度和压力云图。
由图可以看出射流已经稳定地沿着上端壁面流向出口O1。
2.2 射流出口“抽吸”现象分析如上所述,入口给定一定量的压力或者流量,受科恩达效应影响,主射流会沿着其中一个壁面流向出口O1,同时,在另一个出口O2,流体会倒吸回射流振荡器内部。
这是由于射流的扩散和卷吸作用,自喷嘴出来的高速气流会带走腔体周围静止的流体,由伯努利方程(1)[10]可知,总压一定,腔体内速度升高,动压升高,导致静压降低,在压差的作用下,致使另一个出口气流倒吸回来,产生回流,两个出口出现“一抽一吸”现象,如图5所示。
2.3 出口回流程度分析定义进出口压比ω=ps/po,其中ps为入口压力,po为出口压力;回流比s,其中r表示回流流量(本文中为出口O2流量),s 为入口流量,射流比o,其中o表示射流流量(本文中为出口O1流量)。
进一步分析出口回流程度的影响因素,固定出口的压力为环境压力,改变入口的压力(总压),得到进出口压比对回流比α和射流比β大小的影响如图6所示。
随着进出口压比的增大,射流总压增大,速度增加,动压也随之增加,且增加更快,使得腔体静压更低,出口的回流量增大,但是由图6可以看到,回流比α和射流比β都在不断减小(进出口压比从1.03增加到1.5,α减小20.2%,β减小15.36%)。
可见,随着进出口压比的增大,射流振荡器出口回流程度不断减小。
固定进出口压比为1.1,改变入口温度,分析不同的温度条件下射流振荡器出口回流程度的影响,如图7所示。
根据气体动力学流量公式:最后分析射流振荡器结构的变化对出口回流程度的影响。
令无量纲劈距C=L/B,L 表示劈距,B表示喷嘴宽度。
如图8所示,随着劈距的增加,回流比α和射流比β也随之增加,而且增加幅度明显(C从2.85增加到12.35,α增加189.06%,β增加109.6%)。
这是因为在进出口压比一定的情况下,入口流量不变,随着劈距的增加,腔体体积也随之增加,使得腔体静压降低,回流量增加,回流程度明显提高。
2.4 射流的切换过程前已提及,控制端添加激励,出口会产生周期性振荡射流。
定义s表示控制端流量相对于入口流量的比值,s为出口流量相对于入口流量的比值。
现固定μc=0.2,采用相位平均方法[11],当射流沿出口O1流出时,设置相位角φ为0°,进行非稳态计算,分析随不同入口流量s的变化,出口O1流量随相位角度的变化(这里规定射流流出振荡器为负值,流入为正值),如图9所示。
由图9可以看出,随着入口流量的增加,出口O1的流量大小无论是流出还是流入(回流)都在不断增加。
但是,两个出口流量相对入口流量的变化情况如图10所示,由图10可以看到尽管入口流量增加,但是两个出口的流量相对入口流量却在不断减小。
现固定入口流量不变,改变控制端流量大小,图11所示为在控制端C1的作用下,出口O2的流量相对入口流量的变化曲线。
当控制端C1流量为0时,如图11中的状态A,射流沿着上端壁面流向出口O1,出口O2出现回流,μo2=0.382,此时的流线图如图5所示。
随着C1控制端流量逐渐增大,μo2逐渐减小,这是由于控制端C1流量与主射流的相互作用,造成腔体静压升高,回流量减小,当C1端流量增大到状态B时(μc1=16%),如图12所示。
此时射流仍从出口O1流出,出口O2产生回流。
继续增加控制端C1流量,到达状态C(μc1=18.33%),如图13所示。
此时射流已经从出口O1切换到出口O2,出口O1产生回流。
此时若再增加控制流C1,出口O2的流量相对入口的流量也会随之增加,相反,若从C状态开始,逐渐减少控制端C1的流量,显然,不会回到状态B,而是会如图11所示,回到状态D,如图14所示,此时μc1=0,μo2=-1.382。
研究了射流振荡器的回流特性和切换特性,对射流振荡器的研究设计具有一定参考意义,具体的研究结果有以下几点。
(1)主射流在科恩达效应的作用下发生偏转,最终沿着其中一个扩张壁面流向一个出口,同时在另一个出口,由于压差的作用,气流倒吸回射流振荡器内部,形成回流。
(2)回流比α和射流比β表征射流振荡器的回流程度,分析了回流程度的影响因素:① 随着进出口压比的增加,回流程度降低(进出口压比从1.03增加到1.5,α减小20.2%,β减小15.36%);② 随着环境温度的升高,回流程度增加(温度从300 K增加到1 000 K,α增加8.44%,β 增加5.99%);③ 随着劈距的增加,回流程度大幅度增加(C从2.85增加到12.35,α增加189.06%,β增加109.6%)。
(3)模拟了主射流在控制端的作用下发生切换的过程,固定控制端相对入口流量比值μc,随着入口流量的增加,出口相对入口流量之比μo却在不断减小;固定入口流量,控制端流量不断加大,出口回流量程度不断减小,当继续增加控制端流量,射流发生切换。
【相关文献】1 James W. Gregory. A review of fluidic oscillator development and application for flow control. AIAA,2013:24742 Feikema D,Culley D. Computational fluid dynamic modeling of a fluidic actuator for flow. AIAA,2008:5573 Tesar V,Hung C H,Zimmerman W B. No-moving-part hybrid-synthetic jet actuator. Sensors and Actuators a:Physicals,2006;125(2):159—1694 Tesar V. "Master and slave" fluidic amplifier cascade. The European Physical Journal Conferences, 2012;25:10935 杨永印,孙伟良,徐金超,等.附壁式双稳射流元件的设计.液压与气动,2010;(2):62—64Yang Yongyin,Sun Weiliang,Xu Jinchao,et al. Design of wall-attached bistable fluidic element. Hydraulic and Pneumatic, 2010;(2):62—646 汪志明,薛亮.射流元件附壁与切换流动规律研究.水动力学研究与进展, 2007;22(3):352—356 Wang Zhiming,Xue Liang. Study on the attached flow and alteration flow character in fluidic element of down hole pressure intensifier.Journal of Hydrodynamics, 2007;22(3):352—3567 白亚磊,明晓. 附壁射流元件的仿真研究.南京航空航天大学学报,2008;40(1):32—36Bai Yalei,Ming Xiao. Numerical simulation of wall-attached jet device. Journal of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics, 2008;40(1): 32—368 Kara K. Numerical study of internal flow structures in a sweeping jet actuator. AIAA, 2015: 24249 王驰宇.射流流量计的关键技术研究.杭州:浙江大学,2008Wang Chiyu. Research on key technologies in fluidic flowmeter.Hangzhou: Zhejiang University,200810 潘锦珊,单鹏.气体动力学基础. 北京:国防工业出版社,2011: 81—98Pan Jinshan,Shan Peng. Basis of gas dynamics. Beijing: National Defence Industry Press,2011:81—9811 Ostermann F,Woszidlo R,Nayeri C N,et al. Phase-averaging methods for the natural flowfield of a fluidic oscillator. AIAA, 2015;53(8): 2359—2368。