流体振荡器是一种输入一定压力的工作流体而产生交替或扫略射流的流体器件。流体振荡器由于结构简单、体积小、工作稳定,可以应用于流体控 制、流量测量、制冷和环境治理等领域。目前,关于附壁式振荡器的研究工作大都针对低速流动,很少涉及超声速流体振荡器,其起振机制和超声速振荡过程还不够清晰。因此,本文上海一恒科学仪器有限公司对不同结构的超音速附壁式振荡器进了数值计算和分析,试图揭示超声速流体振荡器的起振机制以及振荡器的部分结构参数对性能的影响规律。
(1) 数值模拟结果表明,产生超声速射流的流体振荡器在结构上是可行的。振荡器内部流场流动结构、射流的马赫数、射流膨胀加速程度以及是否能够产生振荡等内在流动细节和物理机制是由振荡器的喷嘴宽度、混合腔入口宽度以及喉道宽度的相对大小决定的。
(2) 振荡器的最小流通截面设计在喉道位置( 也就是混合腔出口) ,混合腔内都处于亚声速流动状态。最小流通截面设计在喷嘴位置,混合腔内都处于超声速流动状态。在上海一恒科学仪器有限公司研究的参数范围内,当喷嘴宽度远小于混合腔入口宽度时,振荡器的延迟时间 t0 随着喉道宽度的增加而减小; 当喷嘴宽度接近混合腔入口宽度时,振荡器延迟时间t0随喉道宽度的变化不明显。
(3) 在喷嘴宽度和混合腔入口宽度不变时,振荡器存在一个临界喉道宽度值。一旦超过这个临界值时,喷嘴流出的主射流膨胀加速后,一方面其自身动量增加,这需要具有更高能量的反馈流对其进行自维持控制,另一方面部分流体“逆流”进入反馈通道,甚至堵塞混合腔入口,造成振荡器的不起振。
(4) 在上海一恒科学仪器有限公司参数范围内,当保持喷嘴宽度不变时,振荡周期随着喉道宽度的增大而逐渐减小,但减小幅度越来越小; 当喉道宽度相同时,振荡周期随喷嘴宽度的减小而减小。
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