·380 工程科学学报，第41卷，第3期 测点2的信号中含有测点1的成分，而测点1的信 2.1.2频域特性 号中几乎没有接收到信号2的成分.测点1和测点 试验条件同上，选取测点1、2、4的压力信号进 2的间隔距离需要恰到好处 行试验，测点1、2位于高压罐外的管路上，拾取管道 时域压力信号分析结果认为，管道流体压力信 流体压力信号，而测点4位于高压罐内，测取喷嘴腔 号能够清楚地呈现自振射流的高频压力振荡特征， 内流体压力信号，用作对比分析 但无法识别振荡信号的组成，必须对压力振荡信号 试验时，对测点1、2、4的压力信号进行同步采 进行频域分析. 集，经信号处理后得到图4所示的频谱 0.4r 0.4 (a) 6.6.0.24 (13.2.0.28) (6.6.0.31) (13.2.0.39 0.3 0.3 02 0.2 0.1 0.1 15 20 25 15 2 25 頫茶Hz 频率kHz 04 0.4 (d) 7.0.30) 0.3 0.3 (7.0.28 -(14.0.28 0.2 (14.0.22) 02 21.0.11) 21.0.070 01 ! 100 200 300 400 100 200 300 400 频率州z 频率z 图4压力信号频谱.(a)测点2频谱：(b)测点4频谱：(c)测点2低颍部分频谱：(d)测点1频谱 Fig.4 Spectra of the pressure signal:(a)spectrum at point 2:(b)spectrum at point 4:(c)low frequency spectrum at point 2:(d)spectrum at point I 图4(a)、(b)分别为测点2、4的信号频谱，可以 起的空化初生，进而在射流打击过程中因空泡溃灭 看出，两信号的频谱均由6.6kHz和13.2kHz左右 发生的强烈空化作用，由此可见射流的空化作用发 的高频成分组成，由表2可知，13.2kHz在计算所得 生在打击物的表面上，空化特性试验必须有靶物存 自激频率范围内，由此认定13.2kHz为自振射流的 在.传统的自振射流空化特性的检测是在靶物附近 自激频率∫，且非常接近该风琴管喷嘴的结构固有 设置水听器，测取空化噪声，通过声功率谱分析空化 频率14.9kHz(见表1)，故判定此时射流处于强烈 作用效果.提出了基于管道流体压力信号实现射流 的共振状态.频谱中的6.6kHz为自激频率的次谐 空化特性的检测方法，并开展了如下试验研究 波，也称半基频谐波 试验参数如表2，通过围压、靶距等参数改变射 从频谱结构看，测点2与测点4的频谱结构具 流的压力振荡强度，进而调整自振射流的空化效果 有一致性，只是在幅值上略有不同（因管路有衰 选取测点2、3，测点3为水听器，位于高压罐内打击 减)，而测点4采用了腔内信号检测法，该方法的正 确性已得到诸多学者的认同s.图4()为图4 靶附近，用于测取空化噪声，其信号用作对比分析 (a)低频部分的放大图，将其与图4(d)测点1的频 试验分为两种工况：弱空化状态，围压2MPa,靶距 谱对比可见，两者基频均为7Hz,与该试验条件下高 6d;强空化状态，围压1.6MPa,靶距3d.试验时对 压泵的脉动基频6.98Hz基本一致 各状态下测点2、3的信号进行同步采集，经信号处 压力信号的频域分析结果认为，管道流体压力 理后得到测点2、3的功率谱密度，如图5所示，图中 信号的频谱分析能够清晰地识别出自振射流的各组 红色部分代表弱空化状态下信号强度，黑色部分代 成成分及其大小，完全能够表征自振射流的压力振 表强空化状态下信号强度. 荡特性 图5为两种状态下测点2、3的信号功率谱，从 2.2空化特性 功率谱结构上看，两测点信号的谱图均具有一致性. 自振射流的空化作用是指由其高频压力振荡引 在发生强烈空化作用时，图5(a)中20~30kHz及工程科学学报，第 41 卷，第 3 期 测点 2 的信号中含有测点 1 的成分，而测点 1 的信 号中几乎没有接收到信号 2 的成分． 测点 1 和测点 2 的间隔距离需要恰到好处． 时域压力信号分析结果认为，管道流体压力信 号能够清楚地呈现自振射流的高频压力振荡特征， 但无法识别振荡信号的组成，必须对压力振荡信号 进行频域分析． 2. 1. 2 频域特性 试验条件同上，选取测点 1、2、4 的压力信号进 行试验，测点 1、2 位于高压罐外的管路上，拾取管道 流体压力信号，而测点 4 位于高压罐内，测取喷嘴腔 内流体压力信号，用作对比分析． 试验时，对测点 1、2、4 的压力信号进行同步采 集，经信号处理后得到图 4 所示的频谱． 图 4 压力信号频谱． ( a) 测点 2 频谱; ( b) 测点 4 频谱; ( c) 测点 2 低频部分频谱; ( d) 测点 1 频谱 Fig． 4 Spectra of the pressure signal: ( a) spectrum at point 2; ( b) spectrum at point 4; ( c) low frequency spectrum at point 2; ( d) spectrum at point 1 图 4( a) 、( b) 分别为测点 2、4 的信号频谱，可以 看出，两信号的频谱均由 6. 6 kHz 和 13. 2 kHz 左右 的高频成分组成，由表 2 可知，13. 2 kHz 在计算所得 自激频率范围内，由此认定 13. 2 kHz 为自振射流的 自激频率 fj，且非常接近该风琴管喷嘴的结构固有 频率 14. 9 kHz( 见表 1) ，故判定此时射流处于强烈 的共振状态． 频谱中的 6. 6 kHz 为自激频率的次谐 波，也称半基频谐波． 从频谱结构看，测点 2 与测点 4 的频谱结构具 有一致性，只是在幅值上略有不同( 因 管 路 有 衰 减) ，而测点 4 采用了腔内信号检测法，该方法的正 确性已得到诸多学者的认同［8--11］． 图 4 ( c) 为图 4 ( a) 低频部分的放大图，将其与图 4( d) 测点 1 的频 谱对比可见，两者基频均为 7 Hz，与该试验条件下高 压泵的脉动基频 6. 98 Hz 基本一致． 压力信号的频域分析结果认为，管道流体压力 信号的频谱分析能够清晰地识别出自振射流的各组 成成分及其大小，完全能够表征自振射流的压力振 荡特性． 2. 2 空化特性 自振射流的空化作用是指由其高频压力振荡引 起的空化初生，进而在射流打击过程中因空泡溃灭 发生的强烈空化作用，由此可见射流的空化作用发 生在打击物的表面上，空化特性试验必须有靶物存 在． 传统的自振射流空化特性的检测是在靶物附近 设置水听器，测取空化噪声，通过声功率谱分析空化 作用效果． 提出了基于管道流体压力信号实现射流 空化特性的检测方法，并开展了如下试验研究． 试验参数如表 2，通过围压、靶距等参数改变射 流的压力振荡强度，进而调整自振射流的空化效果． 选取测点 2、3，测点 3 为水听器，位于高压罐内打击 靶附近，用于测取空化噪声，其信号用作对比分析． 试验分为两种工况: 弱空化状态，围压 2 MPa，靶距 6d; 强空化状态，围压 1. 6 MPa，靶距 3d． 试验时对 各状态下测点 2、3 的信号进行同步采集，经信号处 理后得到测点 2、3 的功率谱密度，如图 5 所示，图中 红色部分代表弱空化状态下信号强度，黑色部分代 表强空化状态下信号强度． 图 5 为两种状态下测点 2、3 的信号功率谱，从 功率谱结构上看，两测点信号的谱图均具有一致性． 在发生强烈空化作用时，图 5( a) 中 20 ～ 30 kHz 及 · 083 ·