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压力振荡管内波动行为的可视化实验研究

郭江涛 周一卉 胡大鹏 刘志军 黄兆锋 高凤

郭江涛, 周一卉, 胡大鹏, 等. 压力振荡管内波动行为的可视化实验研究[J]. 实验流体力学, doi: 10.11729/syltlx20220039
引用本文: 郭江涛, 周一卉, 胡大鹏, 等. 压力振荡管内波动行为的可视化实验研究[J]. 实验流体力学, doi: 10.11729/syltlx20220039
GUO J T, ZHOU Y H, HU D P, et al. Visualization experiment of wave dynamics in pressure oscillation tube[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, doi: 10.11729/syltlx20220039
Citation: GUO J T, ZHOU Y H, HU D P, et al. Visualization experiment of wave dynamics in pressure oscillation tube[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, doi: 10.11729/syltlx20220039

压力振荡管内波动行为的可视化实验研究

doi: 10.11729/syltlx20220039
基金项目: “变革性技术关键科学问题”国家重点研发计划(气波膨胀制冷新原理与关键技术,2018YFA0704600)
详细信息
    作者简介:

    郭江涛:(1997—),男,山西忻州人,硕士研究生。研究方向:振荡管内气波流动测试技术,高速纹影技术。通信地址:辽宁省大连市甘井子区凌工路2号大连理工大学西部校区化工学院H102实验室(116024)。E-mail:Gjt@mail.dlut.edu.cn

    通讯作者:

    E-mail:zflower@dlut.edu.cn

  • 中图分类号: TQ051

Visualization experiment of wave dynamics in pressure oscillation tube

  • 摘要: 气波制冷机具有制冷效率高、可带液工作等优点。为深入研究气波制冷机核心部件压力振荡管内部波系运动,设计了一套双开口压力振荡管可视化流场测量平台,利用视场拼接和纹影技术获得气波振荡管内密度梯度场的定量表达,并与二维欧拉方程理论计算结果进行了交叉对比验证,误差为3.2%,证明基于纹影技术追踪管内复杂波系运动的方法不仅直观可视且准确可靠。基于上述方法,对不同压比和转速下的气波振荡管内波系开展了深入实验研究。实验结果表明,增加压比或转速均会提升激波马赫数。压比由1.5增至3.0时,激波强度与膨胀波强度均显著增加,强化了对管口的膨胀过程。转速由800 r/min提升至2400 r/min时,膨胀波波系运动路径逐渐向管口方向弯曲,减缓了膨胀波在管口运动的速度,增加了膨胀波对管口的作用时间。
  • 图  1  波转子波图

    Figure  1.  Wave chart of rotor

    图  2  实验流程图

    Figure  2.  Experimental process diagram

    图  3  实验平台实物图

    Figure  3.  Experimental platform test rig

    图  4  密度梯度计算流程

    Figure  4.  Density gradient calculation process

    图  5  压力振荡管全局波图(α = 2,n = 1400 r/min)

    Figure  5.  Global wave diagram of pressure oscillation tube(α = 2, n = 1400 r/min)

    图  6  纹影灰度波图(α = 1.5,n = 800 r/min)

    Figure  6.  Schlieren gray wave diagram (α = 1.5, n = 800 r/min)

    图  7  密度梯度波图(α = 1.5,n = 800 r/min)

    Figure  7.  Density gradient wave diagram (α = 1.5, n = 800 r/min)

    图  8  压力振荡管压力曲线(α = 2)

    Figure  8.  Pressure curve of pressure oscillation tube (α = 2)

    图  9  密度梯度波图对比图(α = 2,n = 1400 r/min)

    Figure  9.  Contrast diagram of density gradient wave diagram (α = 2, n = 1400 r/min)

    图  10  中心轴线密度梯度对照曲线(x = 500 mm)

    Figure  10.  Central axis density gradient comparison curve (x = 500 mm)

    图  11  压力对照曲线(α = 2,n = 1400 r/min)

    Figure  11.  Pressure comparison curve (α = 2, n = 1400 r/min)

    图  12  各参量与压比的关系

    Figure  12.  Relationship between parameters and pressure ratio

    图  13  固定转速,不同压比下波图(n = 800 r/min)

    Figure  13.  Wave diagram under different pressure ratios(n = 800 r/min)

    图  14  各参量与转速的关系

    Figure  14.  Relationship between parameters and speed

    图  15  固定压比,不同转速下波图(α = 2.5)

    Figure  15.  Wave diagram under different speed (α = 2.5)

    图  16  激波形成位置至管口的距离与压比的关系曲线

    Figure  16.  Curve of shock wave maximum position and pressure ratio

    表  1  实验参数

    Table  1.   Experimental parameters

    参数名称参数值参数名称参数值
    管道长度600 mm可视段长度450 mm
    管道截面12 × 12 mm2喷嘴截面32 × 15 mm2
    喷嘴压力150~300 kPa (绝压)最大压力110 kPa (绝压)
    电机转速800~2400 r/min最大流量0.4 kg/s
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-04-02
  • 修回日期:  2022-04-25
  • 录用日期:  2022-04-28
  • 网络出版日期:  2023-05-08

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    《实验流体力学》编辑部

    2021年8月13日