[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

本發明公開了一種基于數學模型構建設計的脈沖振蕩裝置，涉及脈沖振蕩器技術領域。包括外殼、射流入口、第一離散渦、射流出口、第二離散渦、第一空氣汽囊、第一空氣汽囊、第一空氣泡以及第二空氣泡，所述外殼的頂部固定設置有射流入口，該基于數學模型構建設計的脈沖振蕩裝置，射流沖擊性能強，脈沖信號突變性增強，幅值變化較穩定，有利于提高射流沖擊性能，具備較為穩定脈沖效應的特點，內部系統較為穩定，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，從而加強射流出口的空化作用，有效促進射流的空化效果，同時利于水壓信號的傳遞與疊加，不易出現致裂問題。

技術領域

本發明涉及脈沖振蕩器技術領域，具體為一種基于數學模型構建設計的 脈沖振蕩裝置。

背景技術

振蕩脈沖射流是利用瞬態流和水聲學原理調制而成的，兼有脈沖射流和 空化射流的特點，是一種結構簡單、無附加外驅動結構、無動密封、具有較 大的變壓特性和很強的空化作用的新型脈沖射流,其沖擊效果明顯優于連續 射流,尤其在淹沒狀態下，振蕩脈沖射流比普通射流具有更強的破壞力，是 一種很有發展前景的射流，在采礦破巖、石油鉆采、船舶清洗等領域具有廣 闊的應用前景，目前市場上的振蕩脈沖振蕩器存在射流沖擊性能一般、信號 波動較為不穩定、不利于水壓信號的傳遞與疊加以及容易出現致裂問題，進 而導致使用效果一般，為此，提出一種基于數學模型構建設計的脈沖振蕩裝 置來解決上述問題。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供了一種基于數學模型構建設計的脈沖 振蕩裝置，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種基于數學模型構建設 計的脈沖振蕩裝置，包括外殼、射流入口、第一離散渦、射流出口、第二離 散渦、第一空氣汽囊、第一空氣汽囊、第一空氣泡以及第二空氣泡，所述外 殼的頂部固定設置有射流入口，所述射流入口的底部延伸至外殼內部且連接 設置有射流出口，所述射流出口兩側的頂部設置有第一離散渦，所述外殼內 腔的一側設置有第一空氣汽囊，所述外殼內腔的另一側設置有第二空氣汽囊， 所述第一空氣汽囊以及第二空氣汽囊與射流出口之間均設置有第二離散渦，所述射流出口內腔的底部設置有第二空氣泡，所述射流出口底部的外側設置 有第一空氣泡。

進一步優化本技術方案，所述射流入口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。

進一步優化本技術方案，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。

進一步優化本技術方案，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。

進一步優化本技術方案，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。