冲击射流的脉动压力相似律

7.1.2.1 模型实验装置及实验方案设计

本实验装置如图7.15所示，从水箱连接出管径为d的冲击射流出水口，与水平面成60°角，管口距离水面高度为h，水槽宽度为L，水槽中下游平均水深为ht，以冲击点为基准点向上下游安装脉动压力传感器，传感器沿水槽中心线布置。

图7.15　冲击射流模型示意图

基于现有的实验条件，对于冲击射流该实验设计了两个不同比尺，其出水管道管径d分别为10cm和5cm，对应比尺为1∶1和1∶2。每一个比尺又进行了ht=8d和h t=6d两组下游水位的实验。由于射流属于三元流场，因此对模型进行几何缩小时应该进行整体的改变。当管径变化时，除了ht之外，h以及L也按照比例变化，同时调节传感器布置间距，以求达到相同的精度。

7.1.2.2 脉动压力强度相似律

图7.16、图7.17为水流脉动压力强度系数β=2σ/ρV 2沿X=L/d的分布图，d为管径。

图7.16　ht=8d脉动压力强度系数分布图

图7.17　ht=6d脉动压力强度系数分布图(https://www.xing528.com)

可见冲击强度在冲击点较大，之后沿程迅速减小，不同比尺的冲击射流脉动压力强度基本一致。冲击射流的脉动压力强度符合重力相似律。

7.1.2.3 沿程脉动压力频谱图特性及其相似律分析

将不同比尺频谱用各自的峰值作归一化处理，如图7.18、图7.19所示，可见各测点的频谱形态相似，主频都集中在5 Hz以下；比尺1∶2的主频向高频移动；不同比尺的谱图在高频部分分离明显。图7.20、图7.21为经过St数无量纲化后的谱图，不同比尺的谱图无论是峰值位置还是能量分布情况，都符合得相当好，高频部分吻合程度也比较高。因此对于冲击射流脉动压力，运用重力相似律换算不同比尺的频率是合适的。

图7.18　ht=8d不同比尺频谱图

图7.19　ht=6d不同比尺频谱图

图7.20　ht=8d不同比尺无量纲谱图

图7.21　ht=6d不同比尺无量纲谱图