压电驱动自耦合射流激发器影响因素

第４５卷第６期２００９年６月

机械工程学报

ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ

Ｖ０１．４５ＮＯ．６

Ｊｕｎ．２００９

ＤｏＩ：ｌＯ．３９０１／ＪＭＥ．２００９．０６．０５５

压电驱动自耦合射流激发器影响因素水

谭晓茗张靖周

（南京航空航天大学能源与动力学院南京２１００１６）

摘要：利用试验研究和数值模拟的方法对压电驱动的自耦合射流激发器进行研究，通过改变激发器激励参数和几何参数探求自耦合射流的变化规律。借助于动网格技术模拟了压电驱动膜片的周期性运动，实现了自耦合射流腔体内部和外部流动的耦合计算，模拟结果获得了和试验相一致的流动现象。研究结果表明：自耦合射流沿流向中心线速度分布呈现先上升后下降的趋势，在量纲一流向距离ｚ／ｂ＝１０的地方速度达到最大值；激发器的最佳波形输入为方波，在方波信号下激发器产生的射流速度最大；自耦合射流的速度随着激发器输入电压的增大而增加，但是当电压增大到１７５Ｖ后这种影响趋势变得非常微弱；激发器存在两个谐振频率，分别为３４０Ｈｚ和１ｋＨｚ，最佳谐振频率为１ｋＨｚ。振幅的增大，对自耦合射流的速度提高影响显著。在条件允许下，减小腔体高度与腔体直径的比值会得到更高速度的自耦合射流。研究结果为激发器的优化设计提供了一定的理论依据。

关键词：自耦合射流激励因素几何参数谐振频率优化设计

中图分类号：０３５４

ＩｎｆｌｕｅｎｃｅＦａｃｔｏｒｓｆｏｒＳｙｎｔｈｅｔｉｃＪｅｔＡｃｔｕａｔｏｒＤｒｉｖｅｎｂｙ

ＰｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃＭｅｍｂｒａｎｅ

ＴＡＮＸｉａｏｍｉｎｇＺＨＡＮＧＪｉｎｇｚｈｏｕ

（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｎｅｒｇｙａｎｄＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，

ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００１６）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｇｅｔｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｆｌｏｗｆｉｅｌｄａｎｄｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｓｏｍｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆａｓｙｎｔｈｅｔｉｃｊｅｔ，ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓａｎｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓａｒｅｐｅｒｆｏｒｍｅｄ．Ｄｕｒｉｎｇｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｍｏｖｉｎｇｇｒｉｄｔｅｃｈｎｉｑｕｅｉｓｕｓｅｄｆｏｒｍｏｄｅｌｉｎｇｔｈｅｐｅｒｉｏｄｉｃｍｏｖｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｍｅｍｂｒａｎｅＳＯｔｈａｔｔｈｅｃｏｕｐｌｅｄｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｆｉｅｌｄｃａｖｉｔｙａｎｄｔｈｅｅｘｔｅｒｎａｌｆｌｏｗｆｉｅｌｄＣａｎｂｅｒｅａｌｉｚｅｄ，ｔｈｅｆｌｏｗｐｈｅｎｏｍｅｎａａｇｒｅｅｗｅｌｌｗｉｔｈｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ：ｔｈｅｃｅｎｔｅｒｌｉｎｅｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆｔｈｅｓｙｎｔｈｅｔｉｃｊｅｔｔａｋｅｓｏｎｕｐ—ｄｏｗｎｔｅｎｄｅｎｃｙｖａｒｙｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅａｘｉａｌ

ｄｉｓｔａｎｃｅｓａｎｄａｃｃｅｌｅｒａｔｅｓｔｏａｍａｘｉｍｕｍａｔａｄｉｓｔａｎｃｅｏｆａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ１０ｓｌｏｔ－ｗｉｄｔｈｓ；ｔｈｅｂｅｓｔａｃｔｕａｔｉｎｇｓｉｇｎａｌｆｏｒｓｙｎｔｈｅｔｉｃｊｅｔａｃｔｕａｔｏｒｉｓｓｑｕａｒｅｗａｖｅ，ａｔｗｈｉｃｈｔｈｅｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆｔｈｅｓｙｎｔｈｅｔｉｃｊｅｔｃａｎａｃｈｉｅｖｅｔｏｔｈｅｍａｘｉｍｕｍ；ｔｈｅｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆｔｈｅｓｙｎｔｈｅｔｉｃｊｅｔｉｎｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｔｈｅｉｍｐｕｔｖｏｌｔａｇｅｆｏｒａｃｔｕａｔｏｒｕｎｔｉｌｉｔａｃｈｉｅｖｅｓ１７５Ｖ；ｔｈｅｒｅａｒｅｔｗｏｒｅｓｏｎａｎｃｅｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓｆｏｒａｃｔｕａｔｏｒｏｆｔｈｅｓｙｎｔｈｅｔｉｃｊｅｔ，３４０Ｈｚａｎｄ１ｋＨｚ，ｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｒｅｓｏｎａｎｃｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｉｓ１ｋＨｚ；Ｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆｓｙｎｔｈｅｔｉｃｊｅｔｉｓｒｅｍａｒｋａｂｌｙｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄｂｙｔｈｅａｍｐｌｉｔｕｄｅｏｆｔｈｅａｃｔｕａｔｏｒ’Ｓｍｅｍｂｒａｎｅ．Ｔｈｅｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆｔｈｅｓｙｎｔｈｅｔｉｃｊｅｔｗｉｌｌｉｍｐｒｏｖｅｉｆｔｈｅｒａｔｉｏｏｆｈｅｉｇｈｔｔｏｄｉａｍｅｔｅｒｏｆｔｈｅａｃｔｕａｔｏｒｉｓｓｍａｌｌ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｓｆｏｒｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｐａｒｔｓ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＳｙｎｔｈｅｔｉｃｊｅｔＡｃｔｕａｔｉｎｇｆａｃｔｏｒｓＧｅｏｍｅｔｒｙｐａｒａｍｅｔｅｒｓＲｅｓｏｎａｎｃｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙＯｐｔｉｍｉｚｉｎｇｄｅｓｉｇｎ

０前言

早在１９０４年，德国的流体力学专家普郎特就

＋高等学校博士学科点专项科研基金资助项Ｉ；１（２００７０２８７０４０）。２００８０６１８收到初稿，２００９０１１０收至Ｈ修改稿提出利用吹／吸附面层的办法来延缓气流分离的流动控制概念，进入２０世纪９０年代，一种新型的流动控制技术——自耦合射流的产生与发展成为研究上的热点【１。３】。自耦合射流和常规射流或脉动射流不同，它的形成不需要任何的流体输送设备，其主体产生器件是自耦合射流激发器，激发器腔体底面的

万方数据