[發明專利]一種基于數學模型構建設計的脈沖振蕩裝置

在審

• 申請號: 202010970419.5
• 申請日: 2020-09-15
• 公開（公告）號: CN112108278A
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發明（設計）人: 汪東;李鐵;劉梅華;趙晶;王維華;郭建行;王栓林;劉桂鳳
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: B05B1/34
• 分類號: B05B1/34
• 代理公司: 北京國坤專利代理事務所(普通合伙) 11491
• 代理人: 趙紅霞

1.一種基于數學模型構建設計的脈沖振蕩裝置，包括外殼(1)、射流入口(2)、第一離散渦(3)、射流出口(4)、第二離散渦(5)、第一空氣汽囊(6)、第二空氣汽囊(7)、第一空氣泡(8)以及第二空氣泡(9)，其特征在于，所述外殼(1)的頂部固定設置有射流入口(2)，所述射流入口(2)的底部延伸至外殼(1)內部且連接設置有射流出口(4)，所述射流出口(4)兩側的頂部設置有第一離散渦(3)，所述外殼(1)內腔的一側設置有第一空氣汽囊(6)，所述外殼(1)內腔的另一側設置有第二空氣汽囊(7)，所述第一空氣汽囊(6)以及第二空氣汽囊(7)與射流出口(4)之間均設置有第二離散渦(5)，所述射流出口(4)內腔的底部設置有第二空氣泡(9)，所述射流出口(4)底部的外側設置有第一空氣泡(8)。

2.根據權利要求1所述的一種基于數學模型構建設計的脈沖振蕩裝置，其特征在于，所述射流入口(2)的上游噴嘴中的高速射流束中的不穩定擾動波如渦量脈動在穿過腔內剪切層時，通過不穩定剪切層的選擇放大作用,形成大尺度渦環結構，剪切流動中的渦環與下游碰撞壁撞擊產生壓力擾動波并向上游反射，在上游剪切層分離處誘發新的擾動，當新擾動與原擾動頻率匹配并具有合適的相位關系，發生諧振，導致腔內流體阻抗發生周期性變化，完成對射流的“完全阻斷”、“部分阻斷”及“不阻斷”的調制過程，形成脈沖射流。

3.根據權利要求2所述的一種基于數學模型構建設計的脈沖振蕩裝置，其特征在于，當穩定液體流過諧振腔的出口收縮斷面時，產生自激壓力激動，這種壓力激動反饋回諧振腔形成反饋壓力振蕩，適當控制諧振腔尺寸和流體的斯特勞哈爾數，使反饋壓力振蕩的頻率與諧振腔的固有頻率相等，從而在諧振腔內形成聲諧共振，使噴嘴出口射流變成斷續渦環流，這種斷續渦環流的結構使得射流效果遠遠高于普通射流。

4.根據權利要求1所述的一種基于數學模型構建設計的脈沖振蕩裝置，其特征在于，該振蕩脈沖振蕩器高速射流中的離散渦在剪切層中被選擇性放大，形成大尺度渦旋結構，最終形成沿腔室軸線對稱分布的空化汽囊，該汽囊對射流入口(1)來流產生周期性的能量聚集與釋放，使連續射流變為脈沖射流，從而具有壓力波動和一定的空化效應，所述外殼(1)內部設置有振蕩腔，同時激振蕩腔室內存在著的大尺度漩渦以及脈沖壓力振蕩效應將導致自激振蕩腔室內漩渦空化和振蕩空化的形成。

5.根據權利要求4所述的一種基于數學模型構建設計的脈沖振蕩裝置，其特征在于，影響空化的因素包括：流動邊界條件、絕對壓強、流速、黏性、表面張力、水中氣核含量和來流條件，但主要的影響因素是壓強和流速，通常定義空化數。

式中，P_∞和P_V為流動系統中某一穩定流動狀態點的壓強和速度；ρ為液體密度。

6.根據權利要求5所述的一種基于數學模型構建設計的脈沖振蕩裝置，其特征在于，當流速不變而環境壓強降低或者環境壓強不變而流速增加時，流場內極小區域內偶然初次出現微小空穴的臨界狀態稱為空化初生，與之對應的空化數稱為初生空化數，當降低空化數至初生空化數以下時，空化泡開始大量出現，因而一般用空化數大小衡量空化程度，為了增強射流出口流道空化效應，可以通過降低空化數來實現，即：增大來流速度、降低環境壓強或者增大空化泡壓力，因此，為了加強射流出口流道空化效應，通常通過提高來流速度或者降低環境壓力來實現。

7.根據權利要求1所述的一種基于數學模型構建設計的脈沖振蕩裝置，其特征在于，該振蕩脈沖振蕩器振蕩脈沖射流沖擊效果主要取決于射流動能的大小和空化效應的強弱,裝置的頻率特性對脈沖射流沖擊效果有著決定性的影響。

8.根據權利要求4所述的一種基于數學模型構建設計的脈沖振蕩裝置，其特征在于，所述振蕩腔出流水靜壓力明顯增大，脈動壓力周期性增強，在此基礎上，現場實測了安裝振蕩器和無振蕩器情況下的出口水壓特性，對比發現數值模擬結果與實際情況具有較好的一致性。