自激振荡脉冲空化射流作为一种新型水射流技术,广泛应用于大型油罐底泥清洗、船体清洗、湖泊油污清洗以及破岩碎石、油气开采等工业领域。在工程应用中,发现喷嘴结构直接影响着自激振荡脉冲空化射流的清洗效率,为此本文在单腔室自激振荡脉冲喷嘴的基础上,提出建立串联式双腔室自激振荡脉冲喷嘴,通过对其内、外流场进行数值模拟,优化喷嘴的结构参数,旨在提高喷嘴空化程度和射流的冲击力,改善罐底、船体及锈迹的清洗效果,因此本文的选题和研究具有重要的工程应用价值和理论意义。通过对Helmholtz单腔室结构喷嘴、风琴管单腔室结构喷嘴、双腔室结构喷嘴内流场的数值模拟,发现双腔室结构喷嘴的空化程度和清洗效果明显优于单腔室结构喷嘴,因此提出将Helmholtz单腔室结构喷嘴与风琴管单腔室结构喷嘴前后串联以建立一种新型串联式双腔室自激振荡脉冲喷嘴。对建立的串联式双腔室结构喷嘴,首先进行不同来流雷诺数、腔长比、腔径比等参数条件下的内部流场数值模拟,结果表明:当来流雷诺数从Re1=2.98×105增大到Re4=4.31×105时,喷嘴腔室内空化程度先增大后减小;当腔长比Q=0.67或腔径比W=1.20时,喷嘴腔室内空化程度高,同时腔室内具有对称度高的速度涡环,可以促进脉冲空化的发生;当前后腔室腔距l2=30mm时腔室内湍动能变化剧烈,说明有能量的大量交换;进出口直径比D为0.32～0.75时腔室内空化程度先增后减,进出口直径比的改变对产生脉冲影响较为剧烈;当腔室角度θ=60°时,在一个计算周期中30ms～90ms内腔室内湍动能变大,说明能量交换剧烈,90ms～150ms内湍动能减小并趋于稳定,说明这时空化已趋于稳定;当腔长为40mm、腔径为120mm时腔室内速度涡环对称度高,有利于能量输出。其次,在改变进口入射压强、靶距、腔长比等参数条件下对串联式双腔室结构喷嘴的外部流场进行数值模拟,发现当进口入射压强从1.1MPa增加到4.4MPa的过程中,压强每增加1倍时速度增加20～76m/s;随着靶距从100mm增加到400mm,空化程度先增大后减小,当靶距为400mm时空化泡在空气中溃灭无法作用在清洗物表面,而靶距为300mm时清洗效率最优;当腔长比Q=0.67或腔径比W=1.20时,在清洗物表面均产生较高的动能,因而清洗效果好;前后腔室腔距l2=30mm或进出口直径比D=0.43时,清洗物表面速度分布较均匀,清洗效果较理想;当腔室角度θ=60°时清洗物表面具有较高的动能,因此具有较好的清洗能力;当腔长为40mm、腔径为120mm时表面具有较大的冲击力,清洗效率高。通过对建立的串联式双腔室结构喷嘴的内、外流场进行数值模拟,获得串联式双腔室喷嘴结构的优化参数,不仅提高了喷嘴空化程度和射流的冲击力度,改善罐底、船体及锈迹的清洗效果,也为自激振荡脉冲空化射流的工程应用提供一种新方法。