本发明专利技术公开了一种基于数学模型构建设计的脉冲振荡装置，涉及脉冲振荡器技术领域。包括外壳、射流入口、第一离散涡、射流出口、第二离散涡、第一空气汽囊、第一空气汽囊、第一空气泡以及第二空气泡，所述外壳的顶部固定设置有射流入口，该基于数学模型构建设计的脉冲振荡装置，射流冲击性能强，脉冲信号突变性增强，幅值变化较稳定，有利于提高射流冲击性能，具备较为稳定脉冲效应的特点，内部系统较为稳定，激振荡腔室内存在着的大尺度漩涡以及脉冲压力振荡效应将导致自激振荡腔室内漩涡空化和振荡空化的形成，从而加强射流出口的空化作用，有效促进射流的空化效果，同时利于水压信号的传递与叠加，不易出现致裂问题。
【技术实现步骤摘要】
一种基于数学模型构建设计的脉冲振荡装置
本专利技术涉及脉冲振荡器
，具体为一种基于数学模型构建设计的脉冲振荡装置。
技术介绍
振荡脉冲射流是利用瞬态流和水声学原理调制而成的，兼有脉冲射流和空化射流的特点，是一种结构简单、无附加外驱动结构、无动密封、具有较大的变压特性和很强的空化作用的新型脉冲射流,其冲击效果明显优于连续射流,尤其在淹没状态下，振荡脉冲射流比普通射流具有更强的破坏力，是一种很有发展前景的射流，在采矿破岩、石油钻采、船舶清洗等领域具有广阔的应用前景，目前市场上的振荡脉冲振荡器存在射流冲击性能一般、信号波动较为不稳定、不利于水压信号的传递与叠加以及容易出现致裂问题，进而导致使用效果一般，为此，提出一种基于数学模型构建设计的脉冲振荡装置来解决上述问题。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于数学模型构建设计的脉冲振荡装置，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于数学模型构建设计的脉冲振荡装置，包括外壳、射流入口、第一离散涡、射流出口、第二离散涡、第一空气汽囊、第一空气汽囊、第一空气泡以及第二空气泡，所述外壳的顶部固定设置有射流入口，所述射流入口的底部延伸至外壳内部且连接设置有射流出口，所述射流出口两侧的顶部设置有第一离散涡，所述外壳内腔的一侧设置有第一空气汽囊，所述外壳内腔的另一侧设置有第二空气汽囊，所述第一空气汽囊以及第二空气汽囊与射流出口之间均设置有第二离散涡，所述射流出口内腔的底部设置有第二空气泡，所述射流出口底部的外侧设置有第一空气泡。进一步优化本技术方案，所述射流入口的上游喷嘴中的高速射流束中的不稳定扰动波如涡量脉动在穿过腔内剪切层时，通过不稳定剪切层的选择放大作用,形成大尺度涡环结构，剪切流动中的涡环与下游碰撞壁撞击产生压力扰动波并向上游反射，在上游剪切层分离处诱发新的扰动，当新扰动与原扰动频率匹配并具有合适的相位关系，发生谐振，导致腔内流体阻抗发生周期性变化，完成对射流的“完全阻断”、“部分阻断”及“不阻断”的调制过程，形成脉冲射流。进一步优化本技术方案，当稳定液体流过谐振腔的出口收缩断面时，产生自激压力激动，这种压力激动反馈回谐振腔形成反馈压力振荡，适当控制谐振腔尺寸和流体的斯特劳哈尔数，使反馈压力振荡的频率与谐振腔的固有频率相等，从而在谐振腔内形成声谐共振，使喷嘴出口射流变成断续涡环流，这种断续涡环流的结构使得射流效果远远高于普通射流。进一步优化本技术方案，该振荡脉冲振荡器高速射流中的离散涡在剪切层中被选择性放大，形成大尺度涡旋结构，最终形成沿腔室轴线对称分布的空化汽囊，该汽囊对射流入口来流产生周期性的能量聚集与释放，使连续射流变为脉冲射流，从而具有压力波动和一定的空化效应，所述外壳内部设置有振荡腔，同时激振荡腔室内存在着的大尺度漩涡以及脉冲压力振荡效应将导致自激振荡腔室内漩涡空化和振荡空化的形成。进一步优化本技术方案，影响空化的因素包括：流动边界条件、绝对压强、流速、黏性、表面张力、水中气核含量和来流条件，但主要的影响因素是压强和流速，通常定义空化数。式中，P∞和PV为流动系统中某一稳定流动状态点的压强和速度；ρ为液体密度。进一步优化本技术方案，当流速不变而环境压强降低或者环境压强不变而流速增加时，流场内极小区域内偶然初次出现微小空穴的临界状态称为空化初生，与之对应的空化数称为初生空化数，当降低空化数至初生空化数以下时，空化泡开始大量出现，因而一般用空化数大小衡量空化程度，为了增强射流出口流道空化效应，可以通过降低空化数来实现，即：增大来流速度、降低环境压强或者增大空化泡压力，因此，为了加强射流出口流道空化效应，通常通过提高来流速度或者降低环境压力来实现。进一步优化本技术方案，该振荡脉冲振荡器振荡脉冲射流冲击效果主要取决于射流动能的大小和空化效应的强弱,装置的频率特性对脉冲射流冲击效果有着决定性的影响。进一步优化本技术方案，所述振荡腔出流水静压力明显增大，脉动压力周期性增强，在此基础上，现场实测了安装振荡器和无振荡器情况下的出口水压特性，对比发现数值模拟结果与实际情况具有较好的一致性。与现有技术相比，本专利技术提供了一种基于数学模型构建设计的脉冲振荡装置，具备以下有益效果：该基于数学模型构建设计的脉冲振荡装置，射流冲击性能强，脉冲信号突变性增强，幅值变化较稳定，有利于提高射流冲击性能，具备较为稳定脉冲效应的特点，内部系统较为稳定，激振荡腔室内存在着的大尺度漩涡以及脉冲压力振荡效应将导致自激振荡腔室内漩涡空化和振荡空化的形成，从而加强射流出口的空化作用，有效促进射流的空化效果，同时利于水压信号的传递与叠加，不易出现致裂问题。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术的振荡脉冲射流发生原理示意图；图3为本专利技术的振荡脉冲射流典型发生结构装置示意图；图4为本专利技术的荡脉冲发生装置结构示意图；图5为本专利技术的振荡脉冲发生集中参数等效模型示意图；图6为本专利技术的特定工况下Strouhal数随工作压力的变化曲线示意图；图7为本专利技术的Dc＝90mm不同上下喷嘴直径比下系统不同腔长对应阻尼比图示意图；图8为本专利技术的系统不同腔长对应幅频图示意图；图9为本专利技术的上下喷嘴直径比为1.5腔长50mm时系统不同腔径对应阻尼比示意图；图10为本专利技术的入口水压为5.0MP条件下振荡器内部流场云图；图11为本专利技术的入口水压为20.0MP条件下振荡器内部流场云图；图12为本专利技术的入口水压为5.0MPa条件下振荡器内部水流分布；图13为本专利技术的振荡腔室内部监测截面位置示意图；图14为本专利技术的腔室出入口截面平均静压波动情况示意图；图中：1、外壳；2、射流入口；3、第一离散涡；4、射流出口；5、第二离散涡；6、第一空气汽囊；7、第二空气汽囊；8、第一空气泡；9、第二空气泡。具体实施方式下面将结合本专利技术的实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例：请参考图1-14所示，一种基于数学模型构建设计的脉冲振荡装置，包括外壳1、射流入口2、第一离散涡3、射流出口4、第二离散涡5、第一空气汽囊6、第一空气汽囊7、第一空气泡8以及第二空气泡9，所述外壳1的顶部固定设置有射流入口2，所述射流入口2的底部延伸至外壳1内部且连接设置有射流出口4，所述射流出口4两侧的顶部设置有第一离散涡3，所述外壳1内腔的一侧设置有第一空气汽囊6，所述外壳1内腔的另一侧设置有第二空气汽囊7，所述第一空气汽囊6以及第二空气汽囊7与射流出口4之间均设置有第二离散涡5，所述射流出口4内腔的底部设置有第二空气泡9，所述射流出口4底部的外侧设置有第一空气泡8。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于数学模型构建设计的脉冲振荡装置，包括外壳(1)、射流入口(2)、第一离散涡(3)、射流出口(4)、第二离散涡(5)、第一空气汽囊(6)、第二空气汽囊(7)、第一空气泡(8)以及第二空气泡(9)，其特征在于，所述外壳(1)的顶部固定设置有射流入口(2)，所述射流入口(2)的底部延伸至外壳(1)内部且连接设置有射流出口(4)，所述射流出口(4)两侧的顶部设置有第一离散涡(3)，所述外壳(1)内腔的一侧设置有第一空气汽囊(6)，所述外壳(1)内腔的另一侧设置有第二空气汽囊(7)，所述第一空气汽囊(6)以及第二空气汽囊(7)与射流出口(4)之间均设置有第二离散涡(5)，所述射流出口(4)内腔的底部设置有第二空气泡(9)，所述射流出口(4)底部的外侧设置有第一空气泡(8)。/n
【技术特征摘要】
1.一种基于数学模型构建设计的脉冲振荡装置，包括外壳(1)、射流入口(2)、第一离散涡(3)、射流出口(4)、第二离散涡(5)、第一空气汽囊(6)、第二空气汽囊(7)、第一空气泡(8)以及第二空气泡(9)，其特征在于，所述外壳(1)的顶部固定设置有射流入口(2)，所述射流入口(2)的底部延伸至外壳(1)内部且连接设置有射流出口(4)，所述射流出口(4)两侧的顶部设置有第一离散涡(3)，所述外壳(1)内腔的一侧设置有第一空气汽囊(6)，所述外壳(1)内腔的另一侧设置有第二空气汽囊(7)，所述第一空气汽囊(6)以及第二空气汽囊(7)与射流出口(4)之间均设置有第二离散涡(5)，所述射流出口(4)内腔的底部设置有第二空气泡(9)，所述射流出口(4)底部的外侧设置有第一空气泡(8)。
2.根据权利要求1所述的一种基于数学模型构建设计的脉冲振荡装置，其特征在于，所述射流入口(2)的上游喷嘴中的高速射流束中的不稳定扰动波如涡量脉动在穿过腔内剪切层时，通过不稳定剪切层的选择放大作用,形成大尺度涡环结构，剪切流动中的涡环与下游碰撞壁撞击产生压力扰动波并向上游反射，在上游剪切层分离处诱发新的扰动，当新扰动与原扰动频率匹配并具有合适的相位关系，发生谐振，导致腔内流体阻抗发生周期性变化，完成对射流的“完全阻断”、“部分阻断”及“不阻断”的调制过程，形成脉冲射流。
3.根据权利要求2所述的一种基于数学模型构建设计的脉冲振荡装置，其特征在于，当稳定液体流过谐振腔的出口收缩断面时，产生自激压力激动，这种压力激动反馈回谐振腔形成反馈压力振荡，适当控制谐振腔尺寸和流体的斯特劳哈尔数，使反馈压力振荡的频率与谐振腔的固有频率相等，从而在谐振腔内形成声谐共振，使喷嘴出口射流变成断续涡环流，这种断续涡环流的结构使得射流效果远远高于普通射流。
4.根据权利要求1所述的一种基于数学模型构建设计的脉冲振荡装置，其特征在于，该振荡脉冲振荡器高速...
【专利技术属性】
技术研发人员：汪东，李铁，刘梅华，赵晶，王维华，郭建行，王栓林，刘桂凤，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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