CN113124022B - 一种频率无极调节的自激励射流振荡装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种频率无极调节的自激励射流振荡装置，包括依次位于装置中轴线的引流口、混合腔、射流口，构成主流路；所述装置中轴线左、右两侧分别设有固定反馈回路和短路器腔体，每个短路器腔体内设有能够在短路器腔体内左右运动的可动回路短路器。本发明能在保持常规自激励射流振荡装置无高频可动部件的前提下，使自激励射流振荡装置产生的扫掠射流频率可以无极调节，从而解决了常规自激励射流振荡装置频率不能主动调节的问题，使装置能够适应不同的流体机械运行工况，更具工程实用性。

Description

一种频率无极调节的自激励射流振荡装置
技术领域
本发明涉及一种频率无极调节的自激励射流振荡装置，属于非定常流动控制技术领域。
背景技术
当前流体机械朝着高气动负荷的方向进行发展，而当流体机械负荷提高到显著超过当前气动设计水平时，通常会由于高逆压力梯度或激波-附面层干涉导致流动分离现象，使流体机械效率急剧下降甚至导致失稳。因此，国内外研究人员一直在关注能抑制甚至消除流动分离的流动控制技术及相应的流动控制装置。非定常流动控制技术是一种先进的流动控制技术，其产生的非定常激励能利用流动不稳定性，与分离流中的拟序结构发生相干作用。相关研究表明，达到相同的流动控制效果，采用非定常流动控制技术能比相应的定常流动控制技术节约1～2个数量级的所耗费的能量，即具有“四两拨千斤”的效果。
自激励射流振荡器即可作为一种非定常流动控制装置。若将自激励射流振荡器进口、出口分别连接高压和低压气源，自激励射流振荡器就能依靠流动不稳定性，使出口能产生周期性的扫掠射流，可作为非定常流动控制所需的非定常激励。由于自激励射流振荡器结构简单且无可动部件，因此具有良好的应用前景。
然而，当前自激励射流振荡器的重要缺点是其产生的激励频率不能调节。非定常流动控制技术的流动控制效果对激励频率十分敏感，通常流动控制装置产生的激励频率要接近于分离涡主频才能获得良好的流动控制效果。由于自激励射流振荡器几何不可变，实际应用中其产生固定的扫掠射流频率。而实际工程应用中的流体机械通常工作在多种工况下，其分离涡频率也随工况改变。因此，若要自激励射流振荡器在多种流体机械工况下均运行良好，需要使其产生的扫掠射流频率与分离涡频率相匹配，即需要使自激励射流振荡器产生的分离涡频率可无极调节。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种频率无极调节的自激励射流振荡装置，该装置可产生频率可调的扫掠射流，可用于抑制流体机械中的流动分离，提高流体机械性能，使自激励射流振荡装置产生的扫掠射流频率可以无极调节，从而适应流体机械变工况情形的分离涡频率，以达到最佳流动控制效果。
为解决上述技术问题，本发明提供一种频率无极调节的自激励射流振荡装置，包括依次位于装置中轴线的引流口、混合腔、射流口，构成主流路；所述装置中轴线左、右两侧分别设有固定反馈回路和短路器腔体，每个短路器腔体内设有能够在短路器腔体内左右运动的可动回路短路器。
优选地，所述可动回路短路器内部设有通孔，所述通孔用于形成流体通路并对固定反馈回路中的流路形成短路，以改变反馈回路的长度，所述通孔与固定反馈回路共同构成连接混合腔进、出口且长度可变的反馈回路。引气口、混合腔和射流口负责从外界高压源引气，用于生成射流。由于柯恩达效应，主流MC会交替沿射流口3左壁面和右壁面射出(两种模式见图1和图2)，形成扫掠射流，扫掠射流的频率由反馈回路FC的长度决定。由于本装置反馈回路FC的长度可连续调节变化，因此装置产生的扫掠射流频率无极可调，适合作为工况可变情形下的非定常流动控制装置。
本发明的技术原理：在混合腔内的主流路MC由于柯恩达效应，会贴向混合腔左壁面或右壁面之一。若主流路MC贴向混合腔右壁面，射流会沿射流口左壁面射出，并形成右侧反馈回路FC(见图1)，沿FC的流路则推动混合腔入口处的主流路MC贴向混合腔左壁面，使射流沿射流口右壁面射出，并形成左侧反馈回路FC(见图2)。这两个过程交替进行，从而形成射流口处一定频率的扫掠射流。值得注意的是，扫掠射流切换的频率取决于压力扰动从混合腔出口沿反馈回路FC传递到混合腔入口的时间，由于压力扰动的传递速度为流体中的声速(常数)，因此，扫掠射流的频率与反馈回路FC的长度成反比。
优选地，所述反馈回路的长度LF的变化范围为L0～L0+2L，其中，L为可动回路短路器在短路器腔体内左右运动的行程，L0为可动回路短路器运动到近对称轴死点时的反馈回路的长度，L0+2L为可动回路短路器运动到远对称轴死点时的反馈回路的长度。
优选地，所述射流口处射流扫掠频率f的调节范围为C/(L0+2L)～C/L0，其中，C是由数值模拟或实验确定的比例系数，C/(L0+2L)对应于最低频率模式，C/L0对应于最高频率模式。
优选地，所述可动回路短路器通过主动或被动方式运动，以调节可动回路短路器的行程，其中，主动方式包括使用压电陶瓷或微型步进电机驱动；被动方式包括将可动回路短路器与弹簧-质量块系统或双金属片连接，通过离心力或温度变化调节可动回路短路器的行程。
本发明所达到的有益效果：本发明的一种频率无极调节的自激励射流振荡装置，能在保持常规自激励射流振荡装置无高频可动部件的前提下，使自激励射流振荡装置产生的扫掠射流频率可以无极调节，从而解决了常规自激励射流振荡装置频率不能主动调节的问题，使装置能够适应不同的流体机械运行工况，更具工程实用性。
附图说明
图1是一种频率无极调节的自激励射流振荡装置示意图(射流向左侧射出路径)；
图2是射流向右侧射出路径示意图；
图3是一种频率无极调节的自激励射流振荡装置最低频率模式示意图；
图4是一种频率无极调节的自激励射流振荡装置最高频率模式示意图。
图中各主要附图标记的含义为：1.引流口，2.混合腔，3.射流口，4.固定反馈回路，5.短路器腔体，6.可动回路短路器，7.通孔，L.可动回路短路器或通孔的运动行程，MC.自激励射流振荡装置内的主流路，FC.自激励射流振荡装置内的反馈流路，LF.反馈臂长度，L0.最高频率模式下反馈回路的长度。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种频率无极调节的自激励射流振荡装置，包括依次位于装置中轴线的引流口1、混合腔2、射流口3，构成主流路；所述装置中轴线左、右两侧分别设有固定反馈回路4和短路器腔体5，每个短路器腔体5内设有能够在短路器腔体5内左右运动的可动回路短路器6。所述可动回路短路器6内部设有通孔7，所述通孔与固定反馈回路4共同构成连接混合腔2进、出口且长度可变的反馈回路。在自激励射流振荡装置中，装置射流口3会形成周期性扫掠的射流，扫掠的频率与反馈回路长度成反比。因此在一种频率无极调节的自激励射流振荡装置中，通过可动回路短路器6的移动，改变了反馈回路长度，进而调节了射流扫掠的频率，从而能有效针对不同的分离涡频率进行流动控制，提高了装置的工况适应性。
所述反馈回路的长度LF的变化范围为L0～L0+2L，其中，L为可动回路短路器6在短路器腔体5内左右运动的行程，L0为可动回路短路器6运动到近对称轴死点时的反馈回路的长度，L0+2L为可动回路短路器6运动到远对称轴死点时的反馈回路的长度。所述射流口3处射流扫掠频率f的调节范围为C/(L0+2L)～C/L0，其中，C是由数值模拟或实验确定的比例系数，C/(L0+2L)对应于最低频率模式，C/L0对应于最高频率模式。
实施例1
一种频率无极调节的自激励射流振荡装置在具体实施上，首先要针对流体机械设计状态的分离涡频率F0，设计初始自激励射流振荡装置，使其射流扫掠频率也为F0，此时，其反馈臂长度为L0。其次，通过数值模拟或实验手段，确定流体机械在具体变工况运行中，分离涡频率的变化范围F1～F2，从而得到无极调节的自激励射流振荡装置中反馈臂长度的变化范围L1～L2。其具体数值：L1＝F0L0/F2，L2＝F0L0/F1。由图1可知，可动回路短路器的运动行程L＝(L2-L1)/2。
实施例2
一种频率无极调节的自激励射流振荡装置在具体实施上，需要考虑可动回路短路器实现运动行程L的具体作动方式。可动回路短路器实现运动行程L的具有多种具体作动方式，在实际工程应用中需根据实际需要选取一种。主动调节机构例如：通过压电陶瓷、微型步进电机使可动回路短路器运动，但该方式会引入附件系统，可在进气道等气动部件中使用，却不利于在压气机叶片等紧凑结构中使用；被动调节机构例如：使用双金属片、弹簧-质量块系统，这些被动调节机构适用于热端或转子部件，由与工况相关的温度或转速，通过热胀冷缩或离心力调节可动回路短路器行程，无需附件系统，工程实用性强。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种频率无极调节的自激励射流振荡装置，其特征在于，包括依次位于装置中轴线的引流口（1）、混合腔（2）、射流口（3），构成主流路；所述装置中轴线左、右两侧分别设有固定反馈回路（4）和短路器腔体（5），每个短路器腔体（5）内设有能够在短路器腔体（5）内左右运动的可动回路短路器（6）；所述可动回路短路器（6）内部设有通孔（7），所述通孔与固定反馈回路（4）共同构成连接混合腔（2）进、出口且长度可变的反馈回路。
2.根据权利要求1所述的频率无极调节的自激励射流振荡装置，其特征在于，所述反馈回路的长度LF的变化范围为L0～L0+2L，其中，L为可动回路短路器（6）在短路器腔体（5）内左右运动的行程，L0为可动回路短路器（6）运动到近对称轴死点时的反馈回路的长度，L0+2L为可动回路短路器（6）运动到远对称轴死点时的反馈回路的长度。
3.根据权利要求2所述的频率无极调节的自激励射流振荡装置，其特征在于，所述射流口（3）处射流扫掠频率f的调节范围为C/(L0+2L)～C/L0，其中，C是由数值模拟或实验确定的比例系数。
4.根据权利要求1所述的频率无极调节的自激励射流振荡装置，其特征在于，所述可动回路短路器（6）通过主动或被动方式运动，以调节可动回路短路器（6）的行程，其中，主动方式包括使用压电陶瓷或微型步进电机驱动；被动方式包括将可动回路短路器（6）与弹簧-质量块系统或双金属片连接，通过离心力或温度变化调节可动回路短路器（6）的行程。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200714807A (en) * 2005-10-14 2007-04-16 Jing-Tang Yang The unevenly impinged fluidic oscillator
CN101294750B (zh) * 2008-05-23 2011-04-27 大连理工大学 反馈式振荡射流制冷机
US9068625B2 (en) * 2008-12-18 2015-06-30 Tokai Rubber Industries, Ltd. Fluid-filled type vibration damping device
CN104549805A (zh) * 2014-12-19 2015-04-29 北京航空航天大学 一种自激振荡射流发生装置
CN111397235B (zh) * 2020-03-23 2021-01-19 大连理工大学 一种频率可调型音波射流振荡器
CN111577657B (zh) * 2020-04-29 2021-10-29 南京工业大学 带有无源自激励扫掠射流流动控制装置的压气机叶片

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