附壁振荡射流元件频率范围的试验

　　水射流技术应用日益广泛，其基础理论随着应用的深入而逐渐完善. 高压水射流主要应用在采矿、切割、喷雾等方面. 早期国内外的研究认为工作压力越高越好，压力可超过1 000 MPa，随后对射流的研究出现多样性，有高频冲击射流、空化射流、自激振荡射流等. 低压水射流主要应用在清洗、喷灌、曝气等方面，低压射流同样以多样的喷射形式来适应各种不同的应用需求，例如脉冲喷射、旋转喷射、多孔喷射.

　　液气射流泵应用于抽真空，气液混合. 振荡射流工作形式是一种新的射流方式，具有类似脉冲射流的特性，高传昌等[1]试验研究脉冲形式液气射流泵，该泵工作效率提高 4% ～15%. 了解振荡射流元件特性是研究振荡射流式液气射流泵性能的基础，笔者给出一种附壁振荡射流元件，通过试验，重点对该元件产生的频率范围进行分析，寻找扩展附壁振荡频率的范围的途径和方法，为该元件应用于射流泵提供较宽的频率调节范围.

　　1 振荡射流元件

　　可产生振荡射流的元件其结构形式有 3 种，如图 1 所示.

　　射流流量计中利用了流体振荡频率与流量成正比的特性，因此随主射流流量的增大，频率增大，反馈式流量计示意图，如图 1a 所示，主射流中有部分分流通过反馈通道作用于主射流，使发生切换而附在另一侧壁上，另一侧同样形成部分分流反馈作用主射流，如此循环形成振荡过程. 傅新等[2]研究射流流量计内部流场速度和压力分布，研究诱发流体交替振荡的机理，提出主射流的偏转过程是 2 个共同作用于主射流的涡流强弱交替的过程. 谢代梁等[3]设计了新的振荡腔结构，目的在于拓宽流量计的量程比，提高其工作适应性和稳定性. 国外对射流流量计的相关研究参考文献[4 -5].

　　图 1b 为一种涡腔结构形式自激振荡射流，射流不稳定剪切层产生的成对涡环激发了扰动波，经下游碰撞壁反射，对上游射流产生激励，一般采用波涡理论解释该振荡形式. 王乐勤等[6]给出低压大流量自激脉冲喷嘴结构参数配比试验结果. Liao Zhen-fang 等[7]给出了自激振荡脉冲射流喷嘴的工作原理、理论研究及试验结果. 对自激振荡固有频率的分析中一般采用流体网络理论中的自激振荡电路等效模型，获得频率的定性分析式[8]，自激振荡目前主要应用在石油钻井，油罐清淤，渔业充氧等领域，开发出的自激振荡燃烧器[9]能降低热力型氮氧化物的生成.

　　图 1c 为一种附壁振荡射流元件，通过取水接嘴从主射流获得信号水的方式，封堵另一侧使压差发生改变，从而使主射流发生弯曲而附壁，主射流弯曲后信号水取水脱开，两侧压差平衡而恢复直射，信号水间歇性的取水方式使主射流发生振荡. 向清江等[10]给出了小偏移率情况下附壁点距离计算方法.向清江等[11]采用两相流 VOF 模型研究该元件简化形式的内部流动，追踪气液界面，为取水接嘴的设计提供依据.