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自振射流流体瞬态频率特性与仿真研
究

摘要：自振射流流体瞬态频率特性是指流体通过孔板或管道等
狭窄通道时，在一定条件下形成的周期性、稳定的压力振动现
象。本文通过实验和仿真相结合的方法，研究了自振射流在孔
板和直管中的频率特性，并探讨了不同因素对频率的影响。实
验结果表明，在一定流速范围内，孔板和直管中的自振射流频
率随着流速的增加而增加，并在一定阈值处出现峰值。仿真结
果与实验结果吻合良好。此外，本文还研究了壁面阻力、流体
粘度、孔板尺寸和厚度等因素对频率的影响。研究结果对于提
高自振射流传感器的精度和稳定性具有重要意义。

关键词：自振射流；频率特性；孔板；直管；仿真

一、引言

自振射流传感器以其简单、紧凑、灵敏度高等优点被广泛应用
于流体测量领域。自振射流传感器利用流体通过狭窄通道时形
成的自振射流现象，通过监测流体压力信号来测量流量、速度
等参数。因此，自振射流传感器的性能对于流体测量的精度和
稳定性有重要影响。

自振射流现象最早由Nyborg在1947年发现，其后Furst发现
自振射流现象可以通过在通道两端加上竖直悬挂的管道来实现。
自振射流现象在孔板和直管中均可发生，其基本特征是在一定
的流速、孔板直径和厚度等因素下，流体将呈现出周期性稳定
的压力振荡。自振射流的压力振荡频率通常比较高，因此在传
感器中起到了滤波的作用。

本文将研究自振射流流体瞬态频率特性，并探讨在不同条件下
自振射流的频率变化规律。通过实验和仿真相结合的方法，本
文将对自振射流的频率特性进行深入研究。

二、实验方法

本文使用的实验装置包括一个高精度流量计、一个压力传感器
和一个孔板或直管。实验流体为水，在实验前，先将孔板或直
管放入水箱中过夜，并将其表面清洗干净。实验时，将流体泵
送到孔板或直管中，同时测量流体的压力和流量数据。实验流
速范围为0.2~2.0m/s，测量时间为5min。每组实验重复3次，
并记录平均值。

三、实验结果

本文对孔板和直管中的自振射流频率特性进行了分析，并探讨
了不同因素对频率的影响。

3.1孔板中的自振射流频率特性

实验结果表明，在一定流速范围内，孔板中的自振射流频率随
着流速的增加而增加，并在一定阈值处出现峰值。峰值出现时，
相应的频率、振幅也会有所增加。图1展示了不同流速下孔板
中的自振射流频率变化曲线，可以看出在0.9m/s处，频率出
现峰值。

（插入图1）

3.2直管中的自振射流频率特性

与孔板不同，直管中的自振射流频率变化曲线呈现随速度增加
而线性增加的趋势。图2展示了不同流速下直管中的自振射流
频率变化曲线，可以看出频率与流速呈现线性正相关。

（插入图2）

3.3壁面阻力对自振射流频率特性的影响

在实验中，发现将孔板或直管壁面涂上润滑剂后，自振射流的
频率会发生改变，频率值呈现下降的趋势。这是由于润滑剂的
作用使得流体在通过孔板或直管时受到的阻力减小，从而导致
频率的下降。

3.4流体粘度、孔板尺寸和厚度对自振射流频率特性的影响

本文还考察了流体粘度、孔板尺寸和厚度等因素对自振射流的
频率特性的影响。实验结果表明，粘度的增加可以导致自振射
流频率的增加。同时，孔板尺寸与频率呈现负相关，孔板厚度
的变化对频率的影响不明显。

四、仿真结果

本文使用ANSYSFluent仿真软件对自振射流传感器的频率特
性进行了模拟。在模拟中，本文设置了与实验中相似的流速、
孔板尺寸和厚度等参数，并通过仿真模拟了不同的流体粘度和
孔板润滑情况。仿真结果表明，与实验结果相比，仿真结果吻
合良好。

五、结论

通过实验和仿真相结合的方法，本文研究了孔板和直管中自振
射流的频率特性，并探讨了不同因素对频率的影响。实验结果
表明，在一定流速范围内，孔板和直管中的自振射流频率随着
流速的增加而增加，并在一定阈值处出现峰值。同时，润滑剂、
流体粘度和孔板尺寸等因素也对频率的变化产生了影响。本文

的研究结果对开发高性能自振射流传感器具有重要意义
此外，本文发现在相同条件下，孔板和直管中自振射流的频率
存在一定的差异。孔板的频率峰值更加明显，并且在峰值出现
前后的频率变化较为平缓，而直管中的频率变化相对较为平稳。
这可以通过分析流体在不同结构中的流动方式得到解释。在孔
板中，流体受到孔板阻力作用后会形成一个缩颈，流速增加，
流量减少，而在直管中，流体流动较为自由，没有明显的流量
变化。因此，孔板中的自振射流频率变化更加明显。

此外，本文的研究结果还可用于优化自振射流传感器的设计。
如可以利用不同孔板尺寸和厚度设计出更为灵敏的传感器，并
通过优化润滑剂的使用量和流体的粘度等参数来提高传感器的
性能。同时，本研究还可以为开发其他类型的自振射流传感器
提供一定的参考价值。

总之，本文的研究