振荡旋转射流喷嘴是通过自激振荡谐振腔与导流式旋转腔相串联的方式,使得流体在具有振荡射流的同时,也具有旋转射流的特性。因而该喷嘴不仅可以克服常规导流式旋转射流喷嘴物理导旋原件易磨损的缺陷,也充分利用了振荡射流和旋转射流在实际工程应用中的优势。该喷嘴可有效地节约清洁地铁轨道和隧道的能源和水资源,具有绿色环保的特性。随着振荡旋转射流喷嘴技术不断完善和发展,该喷嘴将逐渐在工业的其他众多领域中取得更加广泛的应用。因现有大多数旋转射流喷嘴都采用物理导旋元件产生旋流,根据其实际在工程中的应用,发现其导旋元件极易磨损,且磨损后导旋能力降低迅速,同时由于导旋元件的不规则性,导致其修复的难度极大,因而具有易磨损性和磨损后修复难的缺点。根据现有的旋转射流喷嘴的缺陷,从而提出了一种新型的振荡旋转射流喷嘴,该喷嘴是利用压缩气体作为引旋元件,通过切向引入压缩气流的方式在喷嘴的内腔产生旋转射流。同时通过添加了自激振荡模块,从而可以进一步提高喷嘴的工作性能。该喷嘴的整体结构主要由入口段、自激振荡腔、旋转腔以及收缩腔构成。入口段负责引入来流顺利进入振荡腔,流体进入振荡腔后腔体会与流体在不需要其他激励能量的基础上产生振荡射流。同时旋转腔直接连接振荡腔,振荡腔产生的振荡射流会在该腔内受到切向引入的压缩空气的作用后产生相应的旋转射流。最终产生的具有振荡和旋转特性的流体进入收缩腔加速后从喷嘴出口射出并作用于工作表面。本文是在流体旋转流动理论和自激振荡射流理论基础上,利用数值模拟和实验的方法对振荡旋转射流喷嘴的内外流场的流动规律和实际冲蚀效果进行的研究。首先本文基于计算流体动力学软件FLUENT对不同结构参数的振荡旋转射流喷嘴进行了大量的内流场的数值分析。分析了该振荡旋转射流喷嘴的内流场射流特性,其分析结果表明:各个结构参数下的该新型振荡旋转射流喷嘴都能产生振荡效果;其中收缩腔锥角为45°、旋转腔结构为45°×4和使用风琴谐振腔的喷嘴内流场的振荡较好,腔内压力均值和压力峰值较收缩腔锥角为45°、旋转腔结构为45°×4和无谐振腔的喷嘴分别高6.1%和27.7%;同时对打开和关闭旋转腔后的内流畅特性进行了分析,结果表明打开旋转腔后因压缩空气的进入,由于压力补偿效应从而会对该喷嘴腔内的振荡射流有一定的影响,其中45°×4的旋转导流套筒影响较小;振荡旋转射流喷嘴腔内的压力均值与压力峰值不完全成正比关系。根据数值分析的结果对振荡旋转射流喷嘴的结构参数进行了进一步的筛选,从而对优化后的喷嘴参数而进行了内外流场和冲蚀实验研究。设计了实验喷嘴对收缩腔锥角、振荡腔类型、旋转腔结构等结构参数,并对喷嘴振荡腔内流场特性的影响进行了实验研究,并对比实验与仿真数据,其研究结果表明:喷嘴内流场的压力均值和压力峰值的实验数据与仿真结果规律保持一致;存在一定的结构参数使得腔内平均压力较大时振荡效果较佳。除此之外,进行了该喷嘴的打击力实验研究,分析了不同结构参数和工作参数对该喷嘴实际打击压强的影响并对比前面腔内流场的研究,其结果表明:实验喷嘴的平均打击力与腔内平均压力的趋势一致;腔内的压力峰值与打击压力的峰值成正比,喷嘴的腔内振荡效果与外流场的振荡效果的趋势相同;实验进一步验证了存在一定的结构参数的喷嘴使得平均打击压力较大和射流的振荡效果较佳;当靶距为3 mm时该喷嘴的打击压力均值较大。对振荡旋转射流喷嘴进行了冲蚀实验研究,分析同样靶距下与不同结构参数的喷嘴对砖块冲蚀效果的影响,通过实验得到:砖块冲蚀孔的基本特征;振荡旋转射流喷嘴在冲蚀体积上较同结构自激振荡喷嘴高4.93%,较同结构的旋转射流喷嘴高15.6%;实验中冲蚀效果较好的喷嘴尺寸参数与内流场的数值分析结论相同。