低壓脈沖射流裝置的數值理論及應用研究.pdf

1、本研究報告從低壓脈沖射流角度出發(fā),對兩種用途的脈沖射流裝置進行了數值模擬和機理分析,并詳細論述了其工程應用前景.第一篇為可逆流體轉換器裝置(Reverse Flow Diverter簡稱RFD)的研究.主要論述了一種用于輸送危險流體的具有免維修特征的以壓縮空氣為動力的流體輸送裝置,由脈沖氣體控制、氣液換能及流體輸送等三大功能部件組成.為解決其穩(wěn)定運行和優(yōu)化設計問題,提出一維非定常流的修正特征線法,在動量方程中引入時間修正因子α,以保持計

2、算網格的矩形形態(tài);在解決氣液兩介質段一維非定常流動問題中,提出一種基于時間修正因子的浮動網格,使計算單元始終保持介質的單一性.采用該理論,對該裝置的關鍵部位--能量置換筒(或稱氣液活塞筒)進行了數值模擬,在此基礎上對整套裝置進行了多級多目標優(yōu)化設計,以裝置動力效率、時均出流量、耗氣量等為優(yōu)化目標,得出了裝置各組件如噴射器、能量置換筒、RFD、液料箱、出液管等優(yōu)化結構參數和運行參數.最后利用流體動力學計算軟件Fluent,對整套系統(tǒng)進行了

3、二維非定常數值模擬.第二篇為自激脈沖噴嘴清洗裝置(self-excited nozzlejet cleaner)的研究.提出了一種用于清洗工業(yè)油泥的自激脈沖射流高效清洗裝置.該噴嘴的結構特點是通過自激振蕩腔連接一對上、下游噴嘴,連續(xù)射流由上游噴嘴進入振蕩腔內,在一定條件下腔內發(fā)生自激,產生脈沖射流從下游噴嘴噴出.與常規(guī)連續(xù)射流清洗相比,脈沖射流因其具備周期性聚放射流動能的特點,能在瞬間提高射流打擊力,達到使材料破壞的屈服應力,從而提高清

4、洗效果.筆者論述了這種噴嘴發(fā)生自激脈沖的機理,即自激振蕩腔內發(fā)生了周期性交替出現(xiàn)的介質空化和凝結現(xiàn)象,產生了壓力和大小周期性變化的氣囊,該氣囊對中心射流進行周期性阻擋,使腔內射流能交替聚集和釋放,從而產生比連續(xù)射流高的脈沖動能輸出.為證實上述觀點,建立了二維非定?？栈Ｐ?提出速度和壓力是影響空化和凝結發(fā)生的兩個不可缺少的因素,由此提出采用壓力和速度梯度為變量的空化判別標準.最后,通過自激脈沖噴嘴試驗數據結果和脈沖現(xiàn)象分析,得到了與本文