不同膨胀比下气体射流流场结构及脉动频率

• Published in: 煤炭学报 Vol. 46; no. 12; pp. 3883 - 3890
• Main Authors: 陈长江, 刘勇, 魏建平, 汤积仁
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心,河南焦作454000 01.12.2021; 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆400030; 重庆大学复杂煤气层瓦斯抽采国家地方联合工程实验室,重庆400030%河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室(省部共建国家重点实验室培育基地),河南焦作454000
• Subjects: 气体流场;脉动频率;膨胀比;纹影试验;密度场
• ISSN: 0253-9993
• DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2021.0472

TD823; 磨料气体射流的破岩情况决定于磨料加速效果,而气体流场的时空特征是决定磨料分布和加速的最重要因素.又根据膨胀比β(射流压力和环境压力的比值)会影响气体流场空间结构及脉动频率.因此,基于膨胀比β研究了超音速气体射流流场的时空演化规律.为研究气体射流流场时空特征,采用纹影试验获取了不同膨胀比下气体流场的灰度照片,并通过建立灰度值与密度值转换模型,计算了流场密度,得到了流场空间结构.又通过对纹影照片进行时域与频域转换,获取了流场频谱,得到了流场的脉动频率.结果 表明:膨胀比β可显著影响超音速气体射流流场的空间结构及脉动强度.当膨胀比β=1时,气体射流处于完全膨胀状态,流场核心段没有明显的波节结构,气流密度变化平缓,脉动频率集中于100 Hz;随着膨胀比β增加至1.12时,超音速气流出现轻微的膨胀-压缩,气流密度沿射流轴线方向变化加剧,流场核心段出现明显波节结构,等速核长度较长,此时,流场脉动强,同时存在多个脉动主频率;继续增加膨胀比β至2时,气流密度沿射流轴线方向交替出现剧增、剧降,等速核长度快速衰减,但此时,流场的脉动受到抑制,脉动频率迅速减小.再继续增加膨胀比β,气体出喷嘴后,密度会迅速衰减为环境密度值,流场振荡性减弱,脉动频率再次稳定于100 Hz.