[发明专利]一种基于数学模型构建设计的脉冲振荡装置

权利要求书

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(1)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(1)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。

5.根据权利要求4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，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P_V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。

6.根据权利要求5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。

7.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。

8.根据权利要求4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。