合成射流

基于钝体绕流卡门涡周期性反对称脱落会引起结构振动、诱发气动噪声这一物理现象，本项目创新性的提出了合成射流控制圆柱绕流的一种新的思路：改变尾迹涡固有的脱落模式。本项目将合成射流对称地布置在圆柱分离点附近，研究了尾迹涡演化发展的动力学过程，揭示合成射流旋涡与圆柱壁面边界层/剪切层/尾迹涡相互作用的物理机制，分析了不同激励参数的影响规律进而获得了合成射流有效控制的优化参数，最终为合成射流控制涡脱落模式这一新思路提供了充实的科学依据。本项目的主要创新性成果包括： 1、揭示了合成射流控制下圆柱绕流典型尾迹涡演化模式的发展规律。固定来流雷诺数为Re=1200，改变合成射流激励参数，实验研究观测到圆柱尾迹涡脱落呈现出几种不同的脱落模式，即2S反对称模式、2P对称模式、2(P S)反对称模式、双稳态模式和2S对称模式，详细分析了尾迹涡演化发展的动力学过程。 2、提出了一种有效的模态分解方法即全场特征频率分解（GED）方法。GED模态分解方法简单快捷有效，以全场功率谱密度为特征频率的选取依据，可以得到特征频率对应的全场振幅谱、相位谱和模态，应用该方法成功地分析了不同脱落模式的频谱特性和差异。 3、揭示了不同尾迹涡脱落模式产生的物理机制。综合应用流动显示和微距镜头拍摄的PIV结果，提出两种关于尾迹涡的分离与融合机制，较为有效地揭示了不同尾迹涡脱落模式的产生机理。 4、分析了不同激励参数对控制效果的影响规律。发现动量系数Cμ、激励频率fe和冲程A三个参数均会对圆柱尾迹涡脱落模式产生影响。合成射流只有在具有足够的动量系数和一定的射流冲程下才能改变圆柱尾迹涡的脱落模式。激励频率决定了向剪切层内输入动量和涡量的周期，影响不同尾迹涡脱落模式产生。 5、通过数值模拟研究了合成射流布置于分离点附近时对圆柱绕流及气动力特性的影响规律。固定来流雷诺数Re=500，发现不同尾迹模式的分布表现为合成射流动量系数和频率的函数，在特定工况下尾迹涡呈现对称模式，此时圆柱升力脉动可以被完全抑制。 6、提出了在圆柱前驻点与分离点附近开通槽控制圆柱绕流的控制方法。通槽出口射流与边界层作用，可以推迟流动分离点到通孔下边界，并进一步影响剪切层发展，圆柱绕流雷诺数Re = 780、1470，通槽宽度w/D = 0.1、0.2时, 可以诱导产生双稳态模式。 2100433B

射流阀从结构上可分为射流管阀和偏转板射流阀两种。

1、射流管阀

射流管阀，它主要由射流管1，接收器2，转轴3和对中弹簧4等组成，如图1所示。

压力油通过转轴3引入射流管1，射流管射出的液流冲到接收器的二个接收孔上，二孔分别将液流导向油缸的两腔。液压能通过射流管的喷嘴转换为液流的动能，液流被接收孔分流接收后，又转变为压力能在液压缸两腔中肜成压力差。当控制位移x_i=0时，射流管1处于中位，两个孔分流接收的液体流量相等，液压缸两腔的压力也相等，活塞不动。当x_i不等于0时，射流管绕转轴3偏转，两个接收孔分流接收的液体流量不相等，其中一孔增加，另一孔减少，从而使液压缸两腔的压力不等，产生压差使活塞运动，活塞运动的速度与x_i的大小成正比，方向与x_i相对应。

2、偏转板射流阀

偏转板射流阀的结构如图2所示，图2中b）为射流盘的水平截面图。该阀的射流管1固定不动，另设一可移动的偏转板2于喷口与接收器3之间，前一级的控制元件可操纵偏转板2平移，当偏转板平移x_i后，两小孔分流，使其接收的液流不等，形成压差P_L=P₁-P₂，推动级活塞运动。

上述两种结构的射流液压放大的基本原理相同，液体静压能通过射流管喷嘴高速喷出转换成液流的动能，在接收器前分流，且被接收器的二小孔接收，然后又将其动能转变为压力能，形成压差P_L=P₁-P₂。不同的是分流方式不同：射流管阀是转动射流管分流，是射流管管口；而偏转板射流阀是移动偏转板分流，分流喷口是偏转板的小孔口。