發(fā)布時間：2021-01-27 14:50

　　射流沖擊是水力工程中的常見問題,擺動射流對床面的作用值得深入研究。文章針對恒定水頭的恒定往復(fù)擺動的淹沒射流的近壁區(qū)流場及床面動態(tài)壓力特性開展了實驗研究,使用超聲多普勒流速剖面測量儀（ultrasonic Doppler velocity profile,UDVP）測得擺動射流在約30°、45°及60°3個不同入射角情況下瞬間的平均瞬時流場,利用壓力傳感器得到不同床面位置的脈動壓力。實驗發(fā)現(xiàn),擺動淹沒射流存在自由射流區(qū)、射流沖擊區(qū)和附壁流區(qū)3個不同的流區(qū)。擺動射流在近壁區(qū)產(chǎn)生向上游回流的臨界傾斜角比恒定傾斜射流時大。擺動淹沒射流下沖擊區(qū)床面壓力隨時間變化而有波動變化。床面瞬時壓力峰值在射流擺動狀態(tài)下略低于恒定傾斜射流情況,其隨擺動頻率的增加而略有降低,擺動幅角的影響可忽略。 

【文章來源】：合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2020,43(08)北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

實驗系統(tǒng)示意圖

擺動頻率f=0.5 Hz和擺角幅值α=±15°時床面不同位置的脈動壓力系數(shù)Cp如圖3所示。需要指出的是,實測的壓力波動值比圖3曲線要頻繁,通常認(rèn)為這是由于流場中的湍流及渦流作用導(dǎo)致的瞬時小幅波動。這種瞬時小幅波動值與射流沖擊引起的壓力顯著值相比要小而不規(guī)律得多,但會干擾擺動淹沒射流沖擊力的時空分析。文獻(xiàn)[8]在研究射流沖擊壓力時,使用短時步長平均法對壓力信號進(jìn)行濾波,即將恒定短時間步長內(nèi)的壓力信號進(jìn)行平均,并通過同一水環(huán)境中非射流直接沖擊處的床面壓力進(jìn)行零位校正,從而有效降低水流紊動干擾,以對比分析射流沖擊壓力的顯著值與流場特性的關(guān)系。本文在對壓力信號處理過程中采用相同方法。從圖3可以看出,擺動射流作用下床面各點Cp隨時間的變化并不是一個隨機(jī)過程,Cp值在各測位的壓力均出現(xiàn)周期性的波動現(xiàn)象,而且波動周期均與射流擺動相同,即f=0.5 Hz。但是,各測位的壓力波動幅值與波動形式出現(xiàn)了差異。在x/D=0處,Cp值在一個射流擺動周期內(nèi)出現(xiàn)了2次幅值近乎相同的波峰(Cpp=0.893±0.012)及幅值大小有差別的波谷(Cpv1=0.062±0.011、Cpv2=0.523 ± 0.008)。流速雙峰的出現(xiàn)可能是由于在一個擺動周期內(nèi),射流2次掃過該測點,并且均為直接沖擊,導(dǎo)致出現(xiàn)Cp值相同的2個波峰。不同的谷值則可能是由于擺動射流在掃經(jīng)上游點(θ+ωt=60°)和下游點(θ+ωt=30°)時,射流對該測點造成的壓力影響不同。由前文所述的瞬時流場可知,擺動射流在掃經(jīng)上游點(θ+ωt=60°)時,射流流量在其下游方向產(chǎn)生了較為大的分流,分流后產(chǎn)生的附壁射流仍然對床面有一定壓力作用,導(dǎo)致該測點谷值仍較大;而擺動射流在掃經(jīng)下游點(θ+ωt=30°)時,射流流量幾乎不向上游分流,致使該測點谷值壓力較小。測點x/D=2 處的壓力波動方式與x/D=0 處相似,但峰值與谷值小于x/D=0 處,其中,Cpp=0.689±0.017, Cpv1=0.058±0.013, Cpv2=0.344±0.011。

不同擺角下x/D=0處的瞬時壓力幅值的變化情況如圖4b所示。從圖4b可以看出,隨著擺角的增加,Cpm值較穩(wěn)定地分布于0.9附近,與文獻(xiàn)[4] 的傾斜射流實驗結(jié)果存在一定差別,但未出現(xiàn)明顯增加或減小的趨勢。3個擺角下Cpw與Cp=0.9之間的間距為±0.015,表明擺角對擺動射流Cpm值的影響可以忽略不計。3 結(jié) 論

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]耙吸挖泥船高壓沖水淹沒射流演化過程試驗[J]. 洪國軍,江帥,尹紀(jì)富,張晴波.  水運工程. 2018(10)
[2]水墊塘沖擊射流附壁區(qū)的水力特性[J]. 李乃穩(wěn),李龍國,莊文化,劉超.  四川大學(xué)學(xué)報(工程科學(xué)版). 2015(03)



本文編號：3003237