[发明专利]一种基于数学模型构建设计的脉冲振荡装置

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及脉冲振荡器技术领域，具体为一种基于数学模型构建设计的 脉冲振荡装置。

背景技术

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。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于数学模型构建设计的脉冲 振荡装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：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。