壓電-金屬?gòu)?fù)合結(jié)構(gòu)成射流驅(qū)動(dòng)器的研究.pdf

1、合成射流技術(shù)是一種全新的流場(chǎng)主動(dòng)控制方法,它通過(guò)驅(qū)動(dòng)隔膜的周期振動(dòng)改變驅(qū)動(dòng)器腔體體積,從而在出口處形成射流,其特點(diǎn)是在驅(qū)動(dòng)器吹出和吸入流體的一個(gè)周期內(nèi),出口凈質(zhì)量流量為零,但凈動(dòng)量不為零。它能夠以局部很小的能量輸入實(shí)現(xiàn)全局大尺度的流場(chǎng)控制,因此被認(rèn)為是流場(chǎng)控制的突破性技術(shù),成為流場(chǎng)控制領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向,同時(shí)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(guò)數(shù)值仿真和試驗(yàn)著重研究了合成射流

2、產(chǎn)生的機(jī)理和發(fā)展演化過(guò)程。探索了一種旨在提升驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)能力的新型半鈸形壓電.金屬?gòu)?fù)合結(jié)構(gòu)隔膜。此外,為了有效地分析和處理試驗(yàn)中得出的非穩(wěn)態(tài)流場(chǎng)信號(hào),采用了一種新的信號(hào)分析處理方法。具體的研究?jī)?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(shí)的適用性。分別應(yīng)用這些模型數(shù)值模擬合成射流流場(chǎng),并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)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(jī)理、射流和渦對(duì)的運(yùn)動(dòng)演化過(guò)程,研究了射流速度場(chǎng)在時(shí)間和空間上的分布特性、合成射流驅(qū)動(dòng)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(dòng)器腔體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了參考。第三,為了提高振動(dòng)隔膜的驅(qū)動(dòng)能力,提出了一種新型的半鈸形壓電-金屬?gòu)?fù)合結(jié)構(gòu)振動(dòng)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(dòng)態(tài)特性,并通過(guò)仿真對(duì)隔膜結(jié)構(gòu)及其尺寸進(jìn)行了研究。此外,還提出了另一種新型半鈸形雙隔膜驅(qū)動(dòng)器。通過(guò)

4、對(duì)隔膜的試驗(yàn)測(cè)試表明半鈸形隔膜的位移變形量達(dá)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(dòng)器,并對(duì)其進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)試,利用總壓管測(cè)速、熱線測(cè)速法以及粒子圖像測(cè)速法測(cè)量了合成射流的流場(chǎng)分布特性。對(duì)驅(qū)動(dòng)器的腔體尺寸進(jìn)行了優(yōu)化,驗(yàn)證了數(shù)值仿真研究的正確性。試驗(yàn)結(jié)果也表明半鈸形隔膜能夠達(dá)到提升驅(qū)動(dòng)器出口速度的目的,因而增強(qiáng)了驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)能力。最后,將Hilbert-Huang變換引入到流場(chǎng)的信號(hào)處理中。對(duì)熱線