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湍射流流场的掺混控制研究是流体研究领域的研究热点,比如通过提高掺混率实现射流燃气的充分燃烧,减少污染物排放,能源充分利用;通过提高掺混率实现流场的快速扩散降温;通过提高掺混率降低流动噪音等等。而对流场掺混的控制分为主动控制技术和被动控制技术,本文采用主动控制技术,利用侧向垂直分布的脉冲微射流对圆射流进行激励,通过改变脉冲微射流的分布方式以及微射流的激励频率、质量流率、占空比等流动参数,研究各个参数对射流流场扩散掺混的影响。 首先,研究了流场掺混变化特性与微射流激励分布方式之间的关系。在每支微射流的流动参数一致的条件下,将2、3、4、6支脉冲微射流沿圆射流径向作对称分布,借助商业软件ANASYS Fluent中的大涡模拟法对微射流控制的圆射流进行了数值模拟并通过实验数据验证了数值模拟的可靠性。在此基础上对比不同分布方式激励下流场的扩散方式及卷吸掺混效果,发现2支对称分布的脉冲微射流对圆射流的掺混增强效果最佳。 其次,对微射流激励频率变化所产生的激励效果进行了分析。实验中采用不同分布的微射流对圆射流进行扰动激励,通过调节微射流的激励频率与自由射流大涡频率的比值FV/FO从0~2变化,分析了圆射流流场中拟序结构的发展演变规律与射流轴线上的速度衰减规律,发现最佳的流动状态对脉冲激励频率的变化十分敏感,在微射流激励频率FV与主射流大涡频率FO相同时,流场的掺混增强效果最明显。 然后,对微射流的质量流率和占空比的激励效果进行了研究。通过电磁阀调节微射流的质量流率和占空比对圆射流进行激励并分析了流场的掺混增强效果。结果表明在质量流率比Cm<0.05%时,流场的掺混增强效果随着微射流质量流率的增大呈现加强趋势,当质量流率比Cm>0.05%后,微射流之间出现对撞,圆射流的掺混增强效果反而随着质量流率的增大呈现减弱趋势;在本文对占空比的研究范围内(10%~20%),微射流对流场掺混的增强效果随着占空比的增大出现下降趋势。 最后,本文解释了微射流激励下流场掺混增强的物理机制,揭示了流场涡结构在微射流激励下的发展演变过程。