壓電-金屬復合結(jié)構(gòu)成射流驅(qū)動器的研究.pdf

1、合成射流技術(shù)是一種全新的流場主動控制方法,它通過驅(qū)動隔膜的周期振動改變驅(qū)動器腔體體積,從而在出口處形成射流,其特點是在驅(qū)動器吹出和吸入流體的一個周期內(nèi),出口凈質(zhì)量流量為零,但凈動量不為零。它能夠以局部很小的能量輸入實現(xiàn)全局大尺度的流場控制,因此被認為是流場控制的突破性技術(shù),成為流場控制領(lǐng)域的一個重要研究方向,同時在航空航天等領(lǐng)域也具有重要的應(yīng)用前景。
　　 本文立足于合成射流技術(shù)的基礎(chǔ)性研究,通過數(shù)值仿真和試驗著重研究了合成射流

2、產(chǎn)生的機理和發(fā)展演化過程。探索了一種旨在提升驅(qū)動器的驅(qū)動能力的新型半鈸形壓電.金屬復合結(jié)構(gòu)隔膜。此外,為了有效地分析和處理試驗中得出的非穩(wěn)態(tài)流場信號,采用了一種新的信號分析處理方法。具體的研究內(nèi)容有:
　　 第一,基于二維不可壓縮RANS方程建立數(shù)值模型,研究了現(xiàn)有幾種湍流模型在描述合成射流現(xiàn)象時的適用性。分別應(yīng)用這些模型數(shù)值模擬合成射流流場,并與試驗結(jié)果進行對比,確定了最佳模型。第二,利用選定的湍流模型數(shù)值仿真了合成射流的產(chǎn)生

3、機理、射流和渦對的運動演化過程,研究了射流速度場在時間和空間上的分布特性、合成射流驅(qū)動器輸出射流速度與腔體結(jié)構(gòu)參數(shù)、出口形狀以及出口的傾斜角度等的關(guān)系,為驅(qū)動器腔體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計提供了參考。第三,為了提高振動隔膜的驅(qū)動能力,提出了一種新型的半鈸形壓電-金屬復合結(jié)構(gòu)振動隔膜。使用商業(yè)有限元軟件ANSYS建立了隔膜的有限元分析模型,分析了隔膜的動態(tài)特性,并通過仿真對隔膜結(jié)構(gòu)及其尺寸進行了研究。此外,還提出了另一種新型半鈸形雙隔膜驅(qū)動器。通過

4、對隔膜的試驗測試表明半鈸形隔膜的位移變形量達到傳統(tǒng)平板形隔膜的2.6倍。第四,制作了幾種半鈸形隔膜以及傳統(tǒng)平板形隔膜合成射流驅(qū)動器,并對其進行了試驗測試,利用總壓管測速、熱線測速法以及粒子圖像測速法測量了合成射流的流場分布特性。對驅(qū)動器的腔體尺寸進行了優(yōu)化,驗證了數(shù)值仿真研究的正確性。試驗結(jié)果也表明半鈸形隔膜能夠達到提升驅(qū)動器出口速度的目的,因而增強了驅(qū)動器的驅(qū)動能力。最后,將Hilbert-Huang變換引入到流場的信號處理中。對熱線