流體運動特性對管道近壁面阻力變化有重要影響。以速度梯度和切應(yīng)力線性表示壁面摩擦阻力,分析了自激振蕩腔室出流管道剪切渦流演變規(guī)律及圓截面渦流層次分布狀態(tài)變化。采用大渦模擬數(shù)值方法,計算得到出流管道某軸切面及法向面的瞬時速度和平均速度、不同上下游管徑比下出流管道的壁面切應(yīng)力以及不同長徑比下出流管道的法向速度梯度。研究結(jié)果表明:自激振蕩脈沖射流流動受反向助推渦影響具有強烈三維特性,射流流型呈現(xiàn)"波浪式"運動且發(fā)生周向偏轉(zhuǎn),射流流速及流型均發(fā)生周期性波動變化;當自激振蕩腔室上下游管徑比大于1時,出流管道壁面切應(yīng)力開始減小,且隨腔室上下游管徑比增大,切應(yīng)力縮減率最大達到約30%,壁面摩擦阻力隨之減小;自激振蕩腔室長徑比在0.55時射流最大法向速度梯度波動幅值達到最大,當長徑比繼續(xù)增大時,出流管道內(nèi)射流法向速度梯度逐漸減小,摩擦阻力亦隨之減小。研究結(jié)果可為自激振蕩脈沖增輸裝備設(shè)計及優(yōu)化提供理論基礎(chǔ)與科學(xué)依據(jù)。 

【文章來源】：機械工程學(xué)報. 2020,56(04)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

網(wǎng)格劃分

不同于平直管道的分離射流，具有特殊腔室結(jié)構(gòu)的自激振蕩射流為有限空間射流。高速氣流自上游入流管道進入自激振蕩腔室后同腔內(nèi)靜止氣流出現(xiàn)湍流混合，產(chǎn)生能量交換，形成湍流剪切層。同時，受壓力擾動波影響，腔室內(nèi)旋渦發(fā)生脈動周期為T的分離、匯聚和脫落等現(xiàn)象，導(dǎo)致下游出流管道內(nèi)流體呈現(xiàn)脈沖狀態(tài)并使得流體流速急劇變大，形成自激振蕩脈沖射流。氣體射流經(jīng)過自激振蕩腔室產(chǎn)生的剪切層使腔室壁面低速帶黏性底層厚度增加，由于氣體同氣體間的切應(yīng)力遠小于氣體同固體壁面間的摩擦阻力，氣-氣形成的強剪切層受腔室結(jié)構(gòu)影響更大。自激振蕩腔室出流管道剪切渦流演變?nèi)鐖D1所示。自激振蕩腔室特殊結(jié)構(gòu)導(dǎo)致出流管道內(nèi)流體流動狀態(tài)發(fā)生改變，剪切層及回流區(qū)的存在使出流管道壁面附近產(chǎn)生大量連續(xù)的剪切渦流，因渦流周向流動與中心脈動主射流流動方向相反并發(fā)生剪切，形成反向助推渦。自激振蕩脈沖效應(yīng)形成的反向助推渦產(chǎn)生周向擠壓，使出流管道邊界層狀態(tài)發(fā)生改變，有利于提高流體減阻效果。

自激振蕩腔室下游流道圓截面渦流層次分布狀態(tài)如圖2所示，其中Ⅰ區(qū)為壁面、Ⅱ區(qū)為低速帶、Ⅲ區(qū)為高速帶。在與流體流動方向垂直的徑向方向上，近壁區(qū)聚集的反向助推渦因其周向運動，損失部分能量形成低速帶。因高速帶脈沖主射流流速極大，與低速帶形成速度差，發(fā)生剪切作用，導(dǎo)致高速帶與低速帶臨界處產(chǎn)生周向擠壓，使得徑向流速逐漸增大，最終速度增量趨于穩(wěn)定。結(jié)合圖1軸向反向助推渦運動可見：反向助推渦不僅可使管道內(nèi)脈沖主射流沿流動方向加速，其徑向方向也可獲得加速效果并產(chǎn)生周向擠壓，形成減阻效果，最終使得主射流流體在反向助推渦的夾帶下被高速“擠出”射流場。2 控制方程

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于瞬時渦量助推效應(yīng)的自激振蕩腔室脈動研究[J]. 汪朝暉,饒長健,高全杰,孫笑,王永龍.  機械工程學(xué)報. 2018(14)
[2]基于大渦模擬的圓管脈動湍流減阻數(shù)值分析[J]. 寧濤,顧春偉.  清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2017(05)
[3]腔徑比對亥姆赫茲自振射流性能影響[J]. 方珍龍,康勇,王曉川,劉文川,李登,周勇祥.  浙江大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版). 2016(11)
[4]層流流動主/被動控制技術(shù)[J]. 朱自強,鞠勝軍,吳宗成.  航空學(xué)報. 2016(07)
[5]基于自激振蕩脈沖效應(yīng)的霧化噴嘴出口流道空化特性研究[J]. 汪朝暉,胡亞男,廖振方,高全杰,陳思.  機械工程學(xué)報. 2016(14)
[6]湍流邊界層內(nèi)鈍體擾流的流動與傳熱特性[J]. 汪健生,王曉,朱強,趙云儉.  機械工程學(xué)報. 2015(24)
[7]管道增輸器的數(shù)值模擬與現(xiàn)場試驗[J]. 廖振方,潘志敏,李曉紅.  重慶大學(xué)學(xué)報. 2010(07)
[8]溝槽面減阻效果影響因素及減阻機理的分析(英文)[J]. 劉志華,董文才,熊鷹,夏飛.  船舶力學(xué). 2007(06)
[9]自激脈沖噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)對渦環(huán)影響的數(shù)值分析[J]. 曲延鵬,李春峰,隋榮娟,滕書格,王小鵬.  山東大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版). 2006(02)
[10]湍流減阻新概念的實驗探索[J]. 潘家正.  空氣動力學(xué)學(xué)報. 1996(03)

碩士論文
[1]平板湍流邊界層測量及脈沖射流執(zhí)行器研發(fā)[D]. 齊中陽.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014



本文編號：3421194