合成射流

基于鈍體繞流卡門渦周期性反對稱脫落會引起結(jié)構(gòu)振動(dòng)、誘發(fā)氣動(dòng)噪聲這一物理現(xiàn)象，本項(xiàng)目創(chuàng)新性的提出了合成射流控制圓柱繞流的一種新的思路：改變尾跡渦固有的脫落模式。本項(xiàng)目將合成射流對稱地布置在圓柱分離點(diǎn)附近，研究了尾跡渦演化發(fā)展的動(dòng)力學(xué)過程，揭示合成射流旋渦與圓柱壁面邊界層/剪切層/尾跡渦相互作用的物理機(jī)制，分析了不同激勵(lì)參數(shù)的影響規(guī)律進(jìn)而獲得了合成射流有效控制的優(yōu)化參數(shù)，最終為合成射流控制渦脫落模式這一新思路提供了充實(shí)的科學(xué)依據(jù)。本項(xiàng)目的主要?jiǎng)?chuàng)新性成果包括： 1、揭示了合成射流控制下圓柱繞流典型尾跡渦演化模式的發(fā)展規(guī)律。固定來流雷諾數(shù)為Re=1200，改變合成射流激勵(lì)參數(shù)，實(shí)驗(yàn)研究觀測到圓柱尾跡渦脫落呈現(xiàn)出幾種不同的脫落模式，即2S反對稱模式、2P對稱模式、2(P S)反對稱模式、雙穩(wěn)態(tài)模式和2S對稱模式，詳細(xì)分析了尾跡渦演化發(fā)展的動(dòng)力學(xué)過程。 2、提出了一種有效的模態(tài)分解方法即全場特征頻率分解（GED）方法。GED模態(tài)分解方法簡單快捷有效，以全場功率譜密度為特征頻率的選取依據(jù)，可以得到特征頻率對應(yīng)的全場振幅譜、相位譜和模態(tài)，應(yīng)用該方法成功地分析了不同脫落模式的頻譜特性和差異。 3、揭示了不同尾跡渦脫落模式產(chǎn)生的物理機(jī)制。綜合應(yīng)用流動(dòng)顯示和微距鏡頭拍攝的PIV結(jié)果，提出兩種關(guān)于尾跡渦的分離與融合機(jī)制，較為有效地揭示了不同尾跡渦脫落模式的產(chǎn)生機(jī)理。 4、分析了不同激勵(lì)參數(shù)對控制效果的影響規(guī)律。發(fā)現(xiàn)動(dòng)量系數(shù)Cμ、激勵(lì)頻率fe和沖程A三個(gè)參數(shù)均會對圓柱尾跡渦脫落模式產(chǎn)生影響。合成射流只有在具有足夠的動(dòng)量系數(shù)和一定的射流沖程下才能改變圓柱尾跡渦的脫落模式。激勵(lì)頻率決定了向剪切層內(nèi)輸入動(dòng)量和渦量的周期，影響不同尾跡渦脫落模式產(chǎn)生。 5、通過數(shù)值模擬研究了合成射流布置于分離點(diǎn)附近時(shí)對圓柱繞流及氣動(dòng)力特性的影響規(guī)律。固定來流雷諾數(shù)Re=500，發(fā)現(xiàn)不同尾跡模式的分布表現(xiàn)為合成射流動(dòng)量系數(shù)和頻率的函數(shù)，在特定工況下尾跡渦呈現(xiàn)對稱模式，此時(shí)圓柱升力脈動(dòng)可以被完全抑制。 6、提出了在圓柱前駐點(diǎn)與分離點(diǎn)附近開通槽控制圓柱繞流的控制方法。通槽出口射流與邊界層作用，可以推遲流動(dòng)分離點(diǎn)到通孔下邊界，并進(jìn)一步影響剪切層發(fā)展，圓柱繞流雷諾數(shù)Re = 780、1470，通槽寬度w/D = 0.1、0.2時(shí), 可以誘導(dǎo)產(chǎn)生雙穩(wěn)態(tài)模式。 2100433B

射流閥從結(jié)構(gòu)上可分為射流管閥和偏轉(zhuǎn)板射流閥兩種。

1、射流管閥

射流管閥，它主要由射流管1，接收器2，轉(zhuǎn)軸3和對中彈簧4等組成，如圖1所示。

壓力油通過轉(zhuǎn)軸3引入射流管1，射流管射出的液流沖到接收器的二個(gè)接收孔上，二孔分別將液流導(dǎo)向油缸的兩腔。液壓能通過射流管的噴嘴轉(zhuǎn)換為液流的動(dòng)能，液流被接收孔分流接收后，又轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ茉谝簤焊變汕恢须莱蓧毫Σ?。?dāng)控制位移x_i=0時(shí)，射流管1處于中位，兩個(gè)孔分流接收的液體流量相等，液壓缸兩腔的壓力也相等，活塞不動(dòng)。當(dāng)x_i不等于0時(shí)，射流管繞轉(zhuǎn)軸3偏轉(zhuǎn)，兩個(gè)接收孔分流接收的液體流量不相等，其中一孔增加，另一孔減少，從而使液壓缸兩腔的壓力不等，產(chǎn)生壓差使活塞運(yùn)動(dòng)，活塞運(yùn)動(dòng)的速度與x_i的大小成正比，方向與x_i相對應(yīng)。

2、偏轉(zhuǎn)板射流閥

偏轉(zhuǎn)板射流閥的結(jié)構(gòu)如圖2所示，圖2中b）為射流盤的水平截面圖。該閥的射流管1固定不動(dòng)，另設(shè)一可移動(dòng)的偏轉(zhuǎn)板2于噴口與接收器3之間，前一級的控制元件可操縱偏轉(zhuǎn)板2平移，當(dāng)偏轉(zhuǎn)板平移x_i后，兩小孔分流，使其接收的液流不等，形成壓差P_L=P₁-P₂，推動(dòng)級活塞運(yùn)動(dòng)。

上述兩種結(jié)構(gòu)的射流液壓放大的基本原理相同，液體靜壓能通過射流管噴嘴高速噴出轉(zhuǎn)換成液流的動(dòng)能，在接收器前分流，且被接收器的二小孔接收，然后又將其動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?，形成壓差P_L=P₁-P₂。不同的是分流方式不同：射流管閥是轉(zhuǎn)動(dòng)射流管分流，是射流管管口；而偏轉(zhuǎn)板射流閥是移動(dòng)偏轉(zhuǎn)板分流，分流噴口是偏轉(zhuǎn)板的小孔口。