机械工程学报

作者：袁晓明, 王宁, 王卫东, 张立杰, 朱勇

单位：1. 燕山大学河北省重型机械流体动力传输与控制重点实验室 秦皇岛 066004;2. 消防应急救援装备应急管理部重点实验室 上海 200032

关键词：自激振荡,脉冲空化射流,喷嘴,谐振机理,协同优化；

基金：国家自然科学基金(51805468，52175066)、河北省自然科学基金(E2020203090)、河北省高等学校科学技术研究(ZD2022052)和消防应急救援装备应急管理部重点实验室开放基金(2020XFZB07)资助项目。

自激振荡脉冲空化射流喷嘴的打击力峰值和打击力脉动幅值是衡量其射流性能的重要指标，对其进行准确预测具有重要的理论和工程实践意义。为探究自激振荡脉冲空化射流喷嘴内外流场的演化机理，建立该喷嘴射流过程仿真模型。以入口圆角、腔径、腔长、下喷嘴直径为设计变量，以打击力峰值和打击力脉动幅值为目标变量，将正交试验法、反向传播神经网络与非支配排序遗传算法相结合，确定自激振荡脉冲空化射流喷嘴协同优化设计方法。计算结果表明，在入口压力为1 MPa时，各因素对喷嘴综合射流性能影响的主次顺序依次为入口圆角、下喷嘴直径、腔径、腔长；协同优化结果比正交试验最优结果的打击力脉动幅值提升62.68%，打击力峰值提升1.13%；喷嘴最优结构能产生明显的脉冲空化射流，喷嘴内腔空化区域随时间做周期性缩张；入口压力越大，谐振腔内空化强度越高，射流中空泡含量越高。基于协同优化结果，采用3D打印技术加工自激振荡脉冲空化射流喷嘴流场可视化试验模型，通过试验验证仿真模型的正确性。所得结论为自激振荡脉冲空化射流喷嘴设计理论的发展提供支持。

来源：2024年第16期

《机械工程学报》期刊编辑部

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