[发明专利]一种高压水射流自激喷嘴腔内振荡信号检测装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及工业清洗领域，特别是指一种高压水射流自激喷嘴腔内振荡信号检测装置与方法。

背景技术

水射流是以水为介质，通过高压发生装置获得巨大能量后，用一种特定的流体运动方式，从一定形状的喷嘴，以很高的速度喷射出来、能量高度集中的一股水流。自激振荡射流是利用流体力学、流体共振、流体弹性学和水声学等原理发展起来的一种新型高效脉冲射流，是一种典型的非定常多相流动，是通过自激在特殊的流体结构中产生振荡，将连续射流变成振荡脉冲射流。它兼有脉冲射流、空化射流的特点。传统的水射流实验以破碎实验和空化噪声分析为主。破碎实验通过射流的打击效果进行分析，而无法对射流本身的流体动力特征进行分析，这种检测方法具有其局限性，包括无法辨别振荡的来源，反应振荡情况不够直观等。因此，研制一种操作方便且反应直接直观的射流喷嘴腔内振荡信号的检测方法对于自激振荡射流喷嘴的产品化生产及自激振荡射流技术的推广与应用具有重要意义。

在自激振荡射流流场中，各点的流体力学特性不仅随其位置变化而变化，而且随着时间变化而变化，流体质点的速度随位置和时间产生一定的波动，呈非定常状态。此外，由于自激振荡效果的产生不仅与振荡腔结构尺寸有关，还与水射流的工作参数相关，而在整个工作系统中，由于电机、水泵和管路等因素的影响，射流中包含的干扰因素较多。以快速傅立叶为核心的传统频谱分析方法在平稳信号特征提取中发挥了重要作用，但对非平稳信号进行分析时其结果失去了物理意义。快速傅里叶变换(FFT)频谱有较严重的能量泄露并且分辨率较低，得到的图像较分散，频带分辨困难。因此研制一种专用于自激振荡射流装置腔内非定常流动特性的检测方法有其必要性。一方面，考虑到在脉冲射流形成过程中的非定常流动特性，喷嘴装置振荡腔体的信号采集孔需按照不同高度和相位布置，以便采集到腔内不同位置的压力脉动信号；另一方面，通过对压力信号的高频采样，通过希尔伯特黄变换(HHT)得到时间－频率－能量三维图，频带更为集中和清晰，有利于分析自激喷嘴的频率特性，研究脉冲射流的形成机理。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高压水射流自激喷嘴腔内振荡信号检测装置与方法。

一种高压水射流自激喷嘴腔内振荡信号检测装置，包括水箱、过滤器、水泵、单向阀、流量计、安全截止阀、蓄能器、压力表、喷嘴装置、振荡腔体外周信号采集孔、振荡腔体碰撞面下端信号采集孔、喷嘴装置入水口、喷嘴装置出水口、多功能数据采集系统和计算机；其中水箱、过滤器、水泵、单向阀和流量计依次相连，在流量计和压力表之间设置安全截止阀和蓄能器，喷嘴装置上布置振荡腔体外周信号采集孔、振荡腔体碰撞面下端信号采集孔、喷嘴装置入水口和喷嘴装置出水口，振荡腔体外周信号采集孔和振荡腔体碰撞面下端信号采集孔通过多功能数据采集系统与计算机相连，在振荡腔体外周按照不同相位和高度设置有振荡腔体外周信号采集孔，以避免采集孔在空间位置上的干涉，并可保证采集到腔内不同位置的振荡信息，在振荡腔碰撞面设置有振荡腔体碰撞面下端信号采集孔，保证采集到碰撞面处的水压脉动信息，以便研究腔内非定常流动特性及脉冲射流的形成机理；且振荡腔体外周信号采集孔和振荡腔体碰撞面下端信号采集孔采用变径设计，即在传感器安装孔的基础上钻小孔，这样既能保证可以测到水压，也避免了在有限体积上的干涉问题。

一种高压水射流自激喷嘴腔内振荡信号检测装置，其检测方法为：由水泵提供的高压水通过系统管路接入喷嘴装置，流量计用来计量系统中的工作水的流量，蓄能器用来吸收泵的脉动，减少传感器采集到的信号中的干扰信息，高动态微型压力传感器分别通过螺纹连接拧入振荡腔体外周信号采集孔和振荡腔体碰撞面下端信号采集孔，采集振荡信息，通过多功能数据采集系统将传感器拾取到的信息传输到多功能数据采集系统数采前端，通过多功能数据采集系统设定合适的采样频率将传感器拾取到的信息进行处理分析，并将数据导出送入计算机，通过HHT时频分析方法对原始数据进行预处理和后处理，进而提取所需要的自激振荡信息，研究振荡射流效果。