高琦翔，張丁為，楊立軍，2，富慶飛，2，*

1.北京航空航天大學(xué) 宇航學(xué)院，北京 100191

2.北京航空航天大學(xué) 寧波創(chuàng)新研究院，寧波 315100

眾所周知，噴嘴動(dòng)態(tài)特性的好壞對(duì)液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定工作具有重要意義［1-2］。發(fā)動(dòng)機(jī)工作系統(tǒng)中，任何微小振動(dòng)或擾動(dòng)都會(huì)導(dǎo)致從噴嘴注入的推進(jìn)劑質(zhì)量流量的振蕩變化，進(jìn)而影響整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)［3-4］。因此，需通過使用外部脈動(dòng)裝置來實(shí)驗(yàn)?zāi)M液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室燃燒所帶來的壓力、流量脈動(dòng)。由于缺乏高效的外部周期性脈動(dòng)流量發(fā)生器，特別是在高反壓環(huán)境下和較高頻率范圍內(nèi)，采用實(shí)驗(yàn)?zāi)M管路來流的壓力、流量脈動(dòng)變得更加困難［5-6］。

為了表征噴嘴的動(dòng)態(tài)特性，最直接的方法便是研究噴嘴對(duì)諧波壓力脈動(dòng)的響應(yīng)［7-8］，噴嘴的動(dòng)態(tài)響應(yīng)將以出口參數(shù)的脈動(dòng)為特征，例如噴射角、破碎長(zhǎng)度和液體膜厚度［9-11］。出口參數(shù)將具有與輸入脈動(dòng)相同的頻率，但振幅不同，并相對(duì)于輸入頻率發(fā)生相移。因此對(duì)脈動(dòng)流量發(fā)生器輸出信號(hào)或噴嘴輸入信號(hào)的研究將是噴嘴動(dòng)態(tài)特性表征的第一步。

對(duì)于推進(jìn)劑注入過程的研究，必須由脈動(dòng)流量發(fā)生器再現(xiàn)供給管路和噴嘴內(nèi)的壓力脈動(dòng)。常用的脈動(dòng)流量發(fā)生器為輪盤式液力機(jī)械流量振蕩器［12-16］，如圖1［13］所示。在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，通過軸的傳遞，帶動(dòng)輪盤高速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)盤圓周上均布的通孔與流體通道按一定的周期開啟或關(guān)閉，從而使流量以一定規(guī)律產(chǎn)生振蕩。普渡大學(xué)的Ahn等［17］采用獨(dú)特方式設(shè)計(jì)液力機(jī)械流量振蕩器，通過周期性的阻斷和打開切向進(jìn)氣通道，從而來提供高振幅擾動(dòng)，并在高達(dá)500 Hz的頻率下完成脈動(dòng)測(cè)量，該類振蕩器如圖2［17］所示。Wilson等［18］認(rèn)為液力機(jī)械型振蕩器在實(shí)際使用中會(huì)產(chǎn)生非諧波脈動(dòng)，且由于該類型振蕩器自身設(shè)計(jì)缺陷，在使用過程中會(huì)發(fā)生液體泄漏，從而導(dǎo)致流量損失。尤其在高反壓環(huán)境下，供給管路內(nèi)壓力也隨之提高，液體泄漏就更加嚴(yán)重，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果不正確。

圖1 輪盤式液力機(jī)械流量振蕩器示意圖［13］Fig.1 Schematic diagram of hydro-mechanical pulsator［13］

圖2 離心噴注流量振蕩器示意圖［17］Fig.2 Schematic diagram of swirl injector pulsator［17］

本文擬采用慣性式的脈動(dòng)流量發(fā)生器，來引起高反壓環(huán)境下的脈動(dòng)流，可以在較高反壓環(huán)境下引起較寬頻率范圍的壓力脈動(dòng)，改善輪盤式液力機(jī)械流量振蕩器漏液及產(chǎn)生非諧波脈動(dòng)信號(hào)的缺點(diǎn)，助力液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴動(dòng)態(tài)特性的研究，從而來改善液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象。

1 反壓環(huán)境噴嘴動(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

本實(shí)驗(yàn)采用的噴嘴動(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由模擬推進(jìn)劑組元脈動(dòng)供應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、脈動(dòng)流量激發(fā)系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)和反壓系統(tǒng)4部分組成［19］，工作原理如圖3所示。為了消除供應(yīng)系統(tǒng)管路振動(dòng)的影響，采用擠壓式水路供應(yīng)系統(tǒng)。高壓氣源1通過減壓閥3減壓后將氮?dú)夤┤氲礁邏核?中，水在氮?dú)鈹D壓下進(jìn)入主管路，通過流量計(jì)4，流經(jīng)脈動(dòng)流量發(fā)生器6時(shí)，產(chǎn)生流量和壓力振蕩，向下游傳播。截止閥5和壓力調(diào)節(jié)閥3配合使用，用于調(diào)節(jié)工質(zhì)的壓力。使用高速相機(jī)10通過反壓艙12的觀察窗口對(duì)噴霧場(chǎng)信息進(jìn)行捕捉。利用動(dòng)態(tài)壓力傳感器和自制的液膜厚度傳感器對(duì)噴嘴流量和壓力信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)14實(shí)時(shí)顯示并存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)15中。高壓氣瓶9用于向反壓艙內(nèi)供氣以提供一定的反壓。噴霧過程中產(chǎn)生的霧滴會(huì)濺到觀察窗表面，影響高速攝像機(jī)拍照效果，因此利用高壓氣瓶9對(duì)觀察窗進(jìn)行氣幕吹掃。

圖3 反壓環(huán)境噴嘴動(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)工作原理示意圖Fig.3 Schematic diagram of working principle of injector dynamic characteristic experimental system in back pressure environment

脈動(dòng)流量發(fā)生器是整個(gè)動(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中十分關(guān)鍵的裝置，用于產(chǎn)生來流管路流量振蕩，從而產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)所需的液流脈動(dòng)信號(hào)。為了解決現(xiàn)有輪盤式脈動(dòng)流量發(fā)生器在高反壓環(huán)境下液體泄漏問題，本文借鑒了Bazarov等［20］對(duì)不同類型脈動(dòng)流量發(fā)生器的比較，自行設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了新型慣性脈動(dòng)流量發(fā)生器，其主要工作原理為：利用信號(hào)發(fā)生器7產(chǎn)生不同頻率的正弦信號(hào)，經(jīng)功率放大器8放大傳給電動(dòng)激振臺(tái)6，電動(dòng)激振臺(tái)按給定頻率信號(hào)上下周期性地往復(fù)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)振蕩管內(nèi)液體周期性運(yùn)動(dòng)，從而輸出特定頻率的脈動(dòng)流量；為了提高脈動(dòng)效果，Bazarov等［20］認(rèn)為管內(nèi)液體流速不應(yīng)＞12 m/s，且振蕩管的長(zhǎng)度應(yīng)小于管內(nèi)液體中激發(fā)頻率的壓力波波長(zhǎng)的1/10，因此可根據(jù)實(shí)驗(yàn)所需流量及脈動(dòng)頻率來設(shè)計(jì)振蕩管尺寸。該慣性脈動(dòng)流量發(fā)生器如圖4所示。

圖4 慣性脈動(dòng)流量發(fā)生器示意圖Fig.4 Schematic diagram of inertial flow pulsator

根據(jù)液體噴嘴動(dòng)態(tài)特性所研究的周期性振蕩頻率量級(jí)為10～1 000 Hz，壓力振幅量級(jí)為103～105Pa的實(shí)驗(yàn)要求，選用昆山雙橋傳感器廠CYG1401FJAS11C2A1高頻動(dòng)態(tài)壓力傳感器進(jìn)行壓力信號(hào)測(cè)量。該壓力傳感器精度達(dá)到0.5%，量程為0～4 MPa。電動(dòng)激振器的選擇須保證足夠?qū)挼念l率范圍，采用揚(yáng)州科動(dòng)電子有限責(zé)任公司生產(chǎn)的KDJ-100電動(dòng)式激振器和配套的DFT2715功率放大器。功率放大器用于推動(dòng)激振器，作為振動(dòng)實(shí)驗(yàn)和測(cè)量的大功率激振源。激振器頻率范圍為5～2 000 Hz，滿足研究方案選取振蕩頻率的范圍要求。激振器提供最大激振力1 000 N，最大振幅15 mm，最大加速度450 m/s2。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用了江蘇東華校準(zhǔn)檢測(cè)有限公司的DH5922D動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)試分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)每秒可采集2.56×105個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，可同時(shí)進(jìn)行16路信號(hào)采集，進(jìn)行數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換，最終將采集到的實(shí)時(shí)信號(hào)接入計(jì)算機(jī)。

反壓系統(tǒng)核心設(shè)備為反壓艙，如圖5所示。該反壓艙材質(zhì)為0Cr18Ni9（奧氏體不銹鋼），高726 mm、內(nèi)徑154 mm，能夠提供的最高反壓為3 MPa，反壓波動(dòng)范圍為±5%，具有帶氣體吹掃功能的三方向光學(xué)觀察窗口，底部裝有閥門，便于調(diào)節(jié)艙內(nèi)壓力?？蔀闅狻⒁憾嘟M元噴注器提供實(shí)驗(yàn)條件。

圖5 反壓艙實(shí)物圖Fig.5 Photo of back pressure chamber

離心噴嘴噴口內(nèi)流量的脈動(dòng)表現(xiàn)為液膜厚度的變化，采用電導(dǎo)法對(duì)離心噴嘴（其噴嘴結(jié)構(gòu)如圖6所示，具體結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1）液膜厚度進(jìn)行測(cè)量，其主要原理為［21-23］：在離心噴嘴出口附近放置2個(gè)環(huán)電極，兩電極之間的電導(dǎo)隨著液體膜厚度的變化而改變，根據(jù)環(huán)形液柱電阻的定義：

表1 實(shí)驗(yàn)離心噴嘴結(jié)構(gòu)尺寸Table 1 Geometry of experimental swirl injector

圖6 電導(dǎo)法及離心噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖Fig.6 Schematic diagram of conductance method and swirl injector structure

式中：S表示液柱的環(huán)形橫截面積；ρ表示導(dǎo)電液體電阻率；L為兩環(huán)形電極間距離。S可表示為

式中：r表示出口半徑；h為液膜厚度。將式（2）代入式（1），便可獲得環(huán)形液膜厚度和液柱電阻的理論關(guān)系：

通過將不同直徑的圓柱形陶瓷針規(guī)插入旋流室的軸線來校準(zhǔn)液膜厚度測(cè)量系統(tǒng)。當(dāng)工質(zhì)流過旋流室時(shí)，在不同直徑陶瓷針規(guī)和旋流室之間產(chǎn)生不同的液體膜厚度，并且記錄此時(shí)相應(yīng)電壓信號(hào)大小。所得液體膜厚度與電壓關(guān)系如圖7所示。

圖7 液膜厚度標(biāo)定曲線Fig.7 Calibration curve of film thickness

隨著脈動(dòng)頻率的增加，對(duì)液膜厚度的脈動(dòng)測(cè)量變得更加困難。實(shí)驗(yàn)室所用的液膜厚度傳感器可滿足頻率高達(dá)500 Hz的液膜厚度采集要求，所測(cè)液膜厚度的原始數(shù)據(jù)如圖8所示。

圖8 反壓0.5 MPa、壓降0.45 MPa、頻率500 Hz時(shí)液膜厚度原始數(shù)據(jù)Fig.8 Original data of film thickness with back pressure of 0.5 MPa， pressure drop of 0.45 MPa and frequency of 500 Hz

電導(dǎo)法測(cè)量液膜厚度的方法存在若干不確定度，首先，在標(biāo)定液膜厚度時(shí)采用了陶瓷針規(guī)作為標(biāo)定棒，該標(biāo)定棒的加工本身存在一定誤差，其加工公差為0.001 mm，假設(shè)其誤差服從正態(tài)分布；不確定度的另一個(gè)來源為測(cè)試環(huán)境的變化，如測(cè)試介質(zhì)電導(dǎo)率的變化等，為了減小該類不確定度，本實(shí)驗(yàn)測(cè)試介質(zhì)采用自行調(diào)配的鹽水溶液（10 L蒸餾水加1 g鹽）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；另一個(gè)不太重要的不確定度引入源于該種方法本身，其所測(cè)液膜厚度實(shí)際為兩電極間平均液膜厚度，由于兩電極間距離遠(yuǎn)小于表面波波長(zhǎng)，因此可認(rèn)為電極間液膜厚度為常數(shù)。最后，測(cè)量重復(fù)性引起的A類不確定度是另一個(gè)不確定度來源，多次測(cè)量并求得液膜厚度的標(biāo)準(zhǔn)差。由表2可知，測(cè)量液膜厚度的合成不確定度ucombine==0.017 mm，符合一般傳感器要求。

表2 液膜厚度測(cè)量不確定度Table 2 Uncertainty of film thickness measurement

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 慣性式脈動(dòng)流量發(fā)生器脈動(dòng)測(cè)試

利用搭建好的反壓實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)該脈動(dòng)流量發(fā)射器進(jìn)行了一系列測(cè)試，以確定使用慣性式脈動(dòng)流量發(fā)生器的可行性。將實(shí)驗(yàn)用離心噴嘴安裝在反壓設(shè)備內(nèi)，利用金屬軟管將脈動(dòng)流量發(fā)生器出口與噴嘴相連，以噴嘴壓降信號(hào)作為輸出信號(hào)，進(jìn)行初步測(cè)試。如圖9所示，該慣性式脈動(dòng)流量發(fā)生器在高反壓環(huán)境下能夠產(chǎn)生振幅足夠大的正弦壓力信號(hào)，振幅幅度可達(dá)15%以上，并且通過快速傅里葉變換（FFT）可以看出，輸出壓力信號(hào)的脈動(dòng)頻率與上游激發(fā)的脈動(dòng)頻率基本一致。對(duì)于高反壓環(huán)境下的噴嘴動(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn)，壓降一定的情況下，管內(nèi)壓力會(huì)隨著環(huán)境壓力的升高而增加，通過對(duì)比不同工況下所得的壓力脈動(dòng)測(cè)試曲線，發(fā)現(xiàn)噴嘴壓降的增加，會(huì)導(dǎo)致更大的振蕩幅度，因此，對(duì)于高壓測(cè)試實(shí)驗(yàn)，慣性式脈動(dòng)流量發(fā)生器是一種可行的解決方案。

圖9 反壓1.0 MPa、頻率100 Hz時(shí)不同壓降下的壓力信號(hào)Fig.9 Pressure signal with back pressure of 1.0 MPa and frequency of 100 Hz under different pressure drops

實(shí)驗(yàn)?zāi)M中高頻壓力脈動(dòng)，一直以來都是難點(diǎn)，頻率的升高，會(huì)增加壓力脈動(dòng)的難度。利用該慣性式脈動(dòng)流量發(fā)生器，在高反壓環(huán)境下模擬產(chǎn)生較高頻率壓力脈動(dòng)，由電動(dòng)激振器輸出500 Hz壓力脈動(dòng)，經(jīng)供給管路，在集液腔內(nèi)所引起的壓力曲線如圖10所示。由于該慣性式脈動(dòng)流量發(fā)生器基于機(jī)械振動(dòng)的方式來引起管路來流脈動(dòng)，考慮到機(jī)械振動(dòng)對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)穩(wěn)定工作的影響，因此在慣性式脈動(dòng)流量發(fā)生器進(jìn)出口處采用金屬軟管的方式與主管路連接，來配合振蕩管垂直位移，緩沖系統(tǒng)管路振蕩對(duì)管內(nèi)液體壓力脈動(dòng)信號(hào)的影響。

圖10 反壓1.5 MPa、平均壓降0.45 MPa、頻率500 Hz的壓力信號(hào)Fig.10 Pressure signal with back pressure of 1.5 MPa，pressure drop of 0.45 MPa and frequency of 500 Hz

2.2 反壓環(huán)境下離心噴嘴傳遞函數(shù)

莫斯科航空學(xué)院的 Bazarov教授最先開創(chuàng)了噴嘴動(dòng)力學(xué)的研究工作［1］，通過采用控制噴嘴內(nèi)部流動(dòng)的無黏流體力學(xué)方程， 運(yùn)用解析方法推導(dǎo)出了噴嘴頻率特性方程，該理論可以有效預(yù)測(cè)當(dāng)來流壓力波動(dòng)時(shí)，噴注器動(dòng)力學(xué)響應(yīng)問題，噴注器的動(dòng)態(tài)特性由以下響應(yīng)函數(shù)來表征：

式中：Q′為脈動(dòng)流量為穩(wěn)態(tài)流量；ΔP′為壓降振幅為平均壓降。從式（4）可以看出，噴嘴動(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn)的一項(xiàng)重要目標(biāo)，便是噴嘴脈動(dòng)流量的獲取，根據(jù)噴嘴動(dòng)力學(xué)理論，因?yàn)檩S向速度波動(dòng)和液膜厚度波動(dòng)的相位相同，因此可以通過將流動(dòng)的軸向速度和旋流室中的流動(dòng)面積相乘來獲得旋流噴射器的瞬時(shí)體積流量［24］，具體表達(dá)式為

式中：Wa為穩(wěn)態(tài)軸向速度；RN為離心噴嘴噴口半徑；rM為氣渦半徑；ξ為液膜厚度振幅。式（5）中的幾個(gè)待定參數(shù)均需要通過實(shí)驗(yàn)的方法得到。旋流室內(nèi)的流動(dòng)面積由電導(dǎo)法測(cè)量動(dòng)態(tài)液膜厚度得到，如圖11所示；氣渦半徑rM可通過噴口半徑與液膜厚度差求得；液膜厚度振幅ξ可以通過圖11中的液膜厚度曲線減去其平均厚度后獲得；穩(wěn)態(tài)軸向速度由穩(wěn)態(tài)流量計(jì)算得出：

圖11 反壓0.5 MPa、壓降0.45 MPa、頻率100 HZ時(shí)的脈動(dòng)曲線Fig.11 Fluctuation curves with back pressure of 0.5 MPa，pressure drop of 0.45 MPa， and frequency of 100 Hz

為了驗(yàn)證在相同工況下，不同輸入振幅對(duì)離心噴嘴響應(yīng)函數(shù)的一致性，故在常壓、壓降為0.45 MPa下，選取部分頻率：150、180和200 Hz，驗(yàn)證在不同輸入壓降振幅下，其傳遞函數(shù)值是否一致，如圖12所示。圖中結(jié)果表明：相同工況下，輸入不同無量綱壓降幅值對(duì)噴嘴的傳遞函數(shù)無顯著影響。

圖12 不同輸入振幅下傳遞函數(shù)一致性驗(yàn)證Fig.12 Verification of transfer function consistency with different input amplitudes

為了了解不同反壓環(huán)境對(duì)離心噴嘴動(dòng)態(tài)特性的影響，在不同的脈動(dòng)頻率、相同壓降（0.45 MPa）下，測(cè)量了該實(shí)驗(yàn)離心噴嘴在0.5、1.0和1.5 MPa反壓環(huán)境下的動(dòng)態(tài)流量和噴嘴集液腔動(dòng)態(tài)壓降，從而得到該噴嘴不同反壓環(huán)境下的動(dòng)態(tài)特性；如圖13所示，隨著脈動(dòng)頻率的增加，無量綱壓降振幅和無量綱液膜厚度振幅整體呈下降趨勢(shì)；頻率的升高，對(duì)于引起管路來流振蕩變得十分困難，使得350 Hz以后無量綱壓降振幅下降速率明顯快于無量綱液膜厚度振幅下降速率，最終導(dǎo)致圖14幅頻特性曲線在頻率350 Hz后的上升，但受限于現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備，無法滿足更高頻率下的來流振蕩實(shí)驗(yàn)，因此對(duì)500 Hz之后響應(yīng)函數(shù)的極值點(diǎn)難以驗(yàn)證。從圖14也可以看出，隨著反壓的增加，離心噴嘴傳遞函數(shù)的相對(duì)振幅呈下降趨勢(shì)，這是因?yàn)榉磯涸龃螅沟铆h(huán)境氣體密度增加，噴口內(nèi)氣液界面剪切作用增強(qiáng)，對(duì)液膜厚度的波動(dòng)起了抑制作用，表現(xiàn)在噴嘴出口即：反壓對(duì)離心噴嘴流量振蕩具有抑制作用。

圖13 不同反壓下無量綱壓降/流量振幅隨頻率的變化Fig.13 Variation of dimensionless pressure drop /flow amplitude with frequency under different back pressures

圖14 不同反壓下離心噴嘴幅頻特性曲線Fig.14 Amplitude-frequency curves of swirl injector with different back pressures

2.3 噴霧速度場(chǎng)傳遞函數(shù)

噴嘴對(duì)來流管路壓力波動(dòng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)將以噴嘴出口參數(shù)的脈動(dòng)為特征，如噴霧場(chǎng)脈動(dòng)速度。以高能面激光作為光源，透過反壓艙光學(xué)窗口照射噴霧場(chǎng)，利用Photron公司的SA-Z高速相機(jī)捕捉動(dòng)態(tài)噴霧過程，高速相機(jī)垂直于激光面放置，拍攝速率為2 000 frame/s。流量的脈動(dòng)可在連續(xù)的噴霧圖像中直觀體現(xiàn)，表現(xiàn)在單張照片上為液滴速度的變化，將噴霧液滴作為示蹤粒子，通過互相關(guān)算法處理，便可得到噴霧場(chǎng)的速度分布，如圖15所示。

圖15 反壓0.5 MPa、壓降0.45 MPa、頻率100 Hz時(shí)噴霧圖像及速度分布Fig.15 Spray image and velocity profile of back pressure 0.5 MPa， pressure drop of 0.45 MPa，and frequency of 100 Hz

通過提取噴霧場(chǎng)某一位置的速度，便可得到該位置噴霧場(chǎng)脈動(dòng)速度，如圖16所示。為了得到不同反壓環(huán)境對(duì)噴霧場(chǎng)出口參數(shù)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，定義噴霧速度場(chǎng)的傳遞函數(shù)為

圖16 反壓0.5 MPa、壓降0.45 MPa、頻率100 Hz時(shí)的速度曲線Fig.16 Velocity curve of back pressure 0.5 MPa， pressure drop of 0.45 MPa， and frequency of 100 Hz

式中：u′為速度振幅為平均速度。

通過提取不同頻率下噴霧速度場(chǎng)無量綱振幅和無量綱壓降振幅，從而得到不同反壓環(huán)境下噴霧場(chǎng)速度的動(dòng)態(tài)特性，如圖17所示，噴嘴出口環(huán)境壓力的增加，抑制了噴霧場(chǎng)速度的振蕩，表現(xiàn)出與噴嘴流量脈動(dòng)相似的動(dòng)態(tài)特性，在頻率為250 Hz附近時(shí)達(dá)到局部峰值，350 Hz后隨著頻率的增加傳遞函數(shù)的振幅呈上升趨勢(shì)。

圖17 不同反壓下噴霧速度場(chǎng)幅頻特性曲線Fig.17 Amplitude-frequency curves of spray velocity profile with different back pressures

3 結(jié)論

采用自行設(shè)計(jì)的慣性式脈動(dòng)流量發(fā)生器對(duì)反壓環(huán)境下離心噴嘴動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，主要結(jié)論如下：

1） 相較于輪盤式脈動(dòng)流量發(fā)生器，慣性式脈動(dòng)流量發(fā)生器從本質(zhì)上避免了高反壓環(huán)境下液體泄漏問題；且該慣性式脈動(dòng)流量發(fā)生器能夠產(chǎn)生振幅足夠大的正弦壓力信號(hào)，振幅幅度可達(dá)15%以上。

2） 通過對(duì)離心噴嘴液膜厚度的測(cè)量，從而得到其脈動(dòng)流量，不同反壓環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)表明：噴嘴出口環(huán)境背壓的增加，對(duì)離心噴嘴流量振蕩具有抑制作用。

3） 對(duì)連續(xù)的噴霧圖像進(jìn)行互相關(guān)處理得到其脈動(dòng)速度場(chǎng)，隨著環(huán)境壓力的升高，其噴霧場(chǎng)速度傳遞函數(shù)振幅呈下降趨勢(shì)，與反壓對(duì)噴嘴動(dòng)態(tài)特性的影響規(guī)律一致。