本文關鍵詞：壓力振蕩管深度膨脹機理分析

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【摘要】：在壓力振蕩管工作過程中,高壓氣體間歇性地射入管內進行膨脹。壓力振蕩管內出現氣體膨脹后壓力低于背壓的現象,稱為氣體深度膨脹現象。深度膨脹的程度是以膨脹深度衡量的。研究壓力振蕩管深度膨脹機理對于提高壓力振蕩管制冷和增壓性能具有十分重要的意義和價值。本文采用理論分析,數值計算與實驗相結合的方法,對壓力振蕩管深度膨脹機理展開研究,研究結果和結論如下：(1)對壓力振蕩管內膨脹特性理論進行分析,研究表明：通過改變壓力振蕩管兩端邊界條件可以達到控制管內壓力波類型的目的；通過匹配管兩端邊界條件以構建管內相關波系實現壓力振蕩管增壓或制冷功能。(2)通過數值的方法對壓力振蕩管與高壓噴嘴接通過程中深度膨脹規(guī)律進行研究,研究結果表明,當平移速度不變時,管內射入氣體質量隨高壓噴嘴寬度呈線性變化；接觸面在壓力振蕩管內運動距離與高壓噴嘴寬度呈冪函數變化關系,且冪指數小于1；膨脹深度隨高壓噴嘴寬度變化曲線呈上凸趨勢,高壓噴嘴存在最優(yōu)寬度；高壓噴嘴最優(yōu)寬度與平移速度關系為Bh*=34.3vup-1.5,0.087vup0.15,相關系數R2=0.99；膨脹深度隨著膨脹比的增加而加深。膨脹深度越深,入射激波越強。(3)采用數值的方法研究壓力波對深度膨脹影響,結果表明,造成影響的壓力波主要為：反射激波、反射膨脹波和反向壓縮波,其中反射激波和反向壓縮波帶來不利的影響。這些壓力波的類型受壓力振蕩管和中壓噴嘴匹配關系影響。在中壓噴嘴中加入消波器后可以有效降低反向壓縮波的強度,削弱反向壓縮波對膨脹深度的影響。消波器排氣通道的寬度是影響消波器性能的重要因素,主排氣通道寬度為0.8倍到1.4倍壓力振蕩管寬度,副排氣通道寬度為0.4倍壓力振蕩管寬度為最優(yōu)尺寸。(4)搭建實驗平臺,研究不同操作參數下深度膨脹的變化規(guī)律,實驗結果如下：通過壓力振蕩管單管實驗平臺驗證了在壓力振蕩管與高壓噴嘴閉合后,管內存在深度膨脹的現象；極值頻率下膨脹深度較非極值頻率下具有更大的膨脹深度深；由壓力振蕩管式增壓機實驗得知；膨脹深度隨壓比增加表現為逐漸增強的變化；偏轉距離的改變會使得膨脹深度呈現上凸變化,說明存在最優(yōu)偏轉距離；通過對比實驗結果與一維程序計算結果,兩者變化趨勢相同,相對誤差在15%以下。
【關鍵詞】：壓力振蕩管 深度膨脹 增壓 制冷 非定常流動
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ051.3
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-28
• 1.1 課題背景10-11
• 1.2 氣體壓力能的利用技術11-18
• 1.2.1 間接式壓力能利用技術11-13
• 1.2.2 直接式壓力能利用技術13-18
• 1.3 壓力波增壓技術和壓力波制冷技術18-27
• 1.3.1 壓力波增壓技術的發(fā)展18-23
• 1.3.2 壓力波制冷技術的發(fā)展23-27
• 1.4 研究內容27-28
• 2 壓力振蕩管內膨脹特性理論分析28-43
• 2.1 波動理論28-32
• 2.1.1 激波的形成29-30
• 2.1.2 膨脹波的形成30
• 2.1.3 激波和膨脹波其他形成方式30-32
• 2.2 氣體動力學方程32-38
• 2.2.1 運動正激波前后的參數關系32-33
• 2.2.2 激波的開口邊界和固壁邊界反射33-35
• 2.2.3 膨脹波前后的參數關系35-37
• 2.2.4 膨脹波的開口反射和固壁反射37-38
• 2.3 壓力振蕩管增壓機波圖、工作原理及性能評價38-40
• 2.3.1 壓力振蕩管增壓機的理想波圖和工作原理38-39
• 2.3.2 壓力振蕩管增壓機的性能評價39-40
• 2.4 壓力振蕩管制冷機波圖、工作原理及性能評價40-41
• 2.4.1 壓力振蕩管制冷機的波圖和工作原理40-41
• 2.4.2 壓力振蕩管制冷機的性能評價41
• 2.5 深度膨脹現象41-42
• 2.6 小結42-43
• 3 壓力振蕩管內深度膨脹數值分析43-57
• 3.1 壓力振蕩管計算模型及邊界條件43-44
• 3.2 數值方法與模型驗證44-49
• 3.2.1 控制方程組44-45
• 3.2.2 湍流模型45-47
• 3.2.3 控制方程的離散47
• 3.2.4 數值模型驗證47-49
• 3.2.5 網格獨立性驗證49
• 3.3 模擬結果及分析49-56
• 3.3.1 高壓噴嘴射氣質量流量的變化規(guī)律50-51
• 3.3.2 管內氣體質量隨高壓噴嘴寬度的變化規(guī)律51-52
• 3.3.3 接觸面隨高壓噴嘴寬度的變化規(guī)律52-53
• 3.3.4 膨脹深度隨高壓噴嘴寬度的變化規(guī)律53-54
• 3.3.5 高壓噴嘴寬度與平移速度的關系54
• 3.3.6 不同膨脹比下膨脹深度的變化規(guī)律54-55
• 3.3.7 膨脹深度對激波強度的影響55-56
• 3.4 小結56-57
• 4. 壓力波對壓力振蕩管內膨脹深度的影響57-70
• 4.1 壓力振蕩管整機計算模型57-59
• 4.1.1 數值計算模型57-58
• 4.1.2 控制方程組及其離散58-59
• 4.2 反射激波對膨脹深度的影響59-60
• 4.2.1 壓力振蕩管內反射激波形成59
• 4.2.2 反射激波對膨脹區(qū)的影響59-60
• 4.2.3 消除反射激波的措施60
• 4.3 反射膨脹波對深度膨脹的影響60
• 4.3.1 反射膨脹波的形成60
• 4.3.2 反射膨脹波對膨脹區(qū)的影響60
• 4.4 反向壓縮波對深度膨脹的影響60-69
• 4.4.1 反向壓縮波的形成機理及危害60-63
• 4.4.2 消波器削弱反向壓縮波的機理研究63-69
• 4.5 小結69-70
• 5 壓力振蕩管內深度膨脹的實驗研究70-79
• 5.1 壓力振蕩管內深度膨脹的實驗系統(tǒng)70-74
• 5.1.1 壓力振蕩管內深度膨脹的實驗流程70-71
• 5.1.2 實驗測試平臺和附屬系統(tǒng)71-73
• 5.1.3 壓力傳感器的標定73-74
• 5.2 實驗結果與討論74-78
• 5.2.1 射流頻率對膨脹深度的影響74-75
• 5.2.2 壓比對膨脹深度的影響75-76
• 5.2.3 偏轉距離對膨脹深度的影響76-78
• 5.2.4 實驗結果與一維程序計算結果對比78
• 5.3 小結78-79
• 結論79-81
• 參考文獻81-86
• 附錄A 計算源程序86-89
• 附錄B 主要符號說明89-91
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況91-92
• 致謝92-93

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