低壓脈沖射流裝置的數(shù)值理論及應(yīng)用研究.pdf

1、本研究報(bào)告從低壓脈沖射流角度出發(fā),對(duì)兩種用途的脈沖射流裝置進(jìn)行了數(shù)值模擬和機(jī)理分析,并詳細(xì)論述了其工程應(yīng)用前景.第一篇為可逆流體轉(zhuǎn)換器裝置(Reverse Flow Diverter簡(jiǎn)稱RFD)的研究.主要論述了一種用于輸送危險(xiǎn)流體的具有免維修特征的以壓縮空氣為動(dòng)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(yùn)行和優(yōu)化設(shè)計(jì)問題,提出一維非定常流的修正特征線法,在動(dòng)量方程中引入時(shí)間修正因子α,以保持計(jì)

2、算網(wǎng)格的矩形形態(tài);在解決氣液兩介質(zhì)段一維非定常流動(dòng)問題中,提出一種基于時(shí)間修正因子的浮動(dòng)網(wǎng)格,使計(jì)算單元始終保持介質(zhì)的單一性.采用該理論,對(duì)該裝置的關(guān)鍵部位--能量置換筒(或稱氣液活塞筒)進(jìn)行了數(shù)值模擬,在此基礎(chǔ)上對(duì)整套裝置進(jìn)行了多級(jí)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì),以裝置動(dòng)力效率、時(shí)均出流量、耗氣量等為優(yōu)化目標(biāo),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(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù).最后利用流體動(dòng)力學(xué)計(jì)算軟件Fluent,對(duì)整套系統(tǒng)進(jìn)行了

3、二維非定常數(shù)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)是通過自激振蕩腔連接一對(duì)上、下游噴嘴,連續(xù)射流由上游噴嘴進(jìn)入振蕩腔內(nèi),在一定條件下腔內(nèi)發(fā)生自激,產(chǎn)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(dòng)能的特點(diǎn),能在瞬間提高射流打擊力,達(dá)到使材料破壞的屈服應(yīng)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(jī)理,即自激振蕩腔內(nèi)發(fā)生了周期性交替出現(xiàn)的介質(zhì)空化和凝結(jié)現(xiàn)象,產(chǎn)生了壓力和大小周期性變化的氣囊,該氣囊對(duì)中心射流進(jìn)行周期性阻擋,使腔內(nèi)射流能交替聚集和釋放,從而產(chǎn)生比連續(xù)射流高的脈沖動(dòng)能輸出.為證實(shí)上述觀點(diǎn),建立了二維非定?？栈Ｐ?提出速度和壓力是影響空化和凝結(jié)發(fā)生的兩個(gè)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(biāo)準(zhǔn).最后,通過自激脈沖噴嘴試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果和脈沖現(xiàn)象分析,得到了與本文