推挽外激勵式射流振蕩發(fā)生器的制造方法
【專利摘要】一種推挽外激勵式射流振蕩發(fā)生器，以外部調(diào)制切換流動的微流量壓力流體，對主射流同時施加垂直推力和在反方向抽吸的作用，使主射流做附壁切換振蕩。該發(fā)生器避免了自激勵振蕩所固有的射流能量損失大、起振困難和振蕩頻率不易調(diào)節(jié)等缺陷，具有能量損失很小，容易起振，振蕩頻率任意可調(diào)，能與負載匹配等優(yōu)點，可用于靜止式氣波制冷機、和其他需要振蕩或脈沖射流的應(yīng)用裝置中，取得能量轉(zhuǎn)換效率高、成本低、運行可靠等經(jīng)濟效果。
【專利說明】推挽外激勵式射流振蕩發(fā)生器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于射流和流體流動控制【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種推挽外激勵式射流振蕩發(fā)生器
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會和生產(chǎn)力的發(fā)展進步，對于簡單、高效、免維護的流體設(shè)備的需求越來越高，許多新型流體設(shè)備應(yīng)運而生。在這中間，控制帶壓流體產(chǎn)生振蕩或脈沖射流的裝置，有許多重要的用途。例如用于強力破碎、切割、清洗吹掃，強化傳質(zhì)傳熱、混合、氣曝、噴淋等。而在流體壓力能的有效利用方面，靜止式氣波制冷機直接使帶壓氣體膨脹制冷，具有結(jié)構(gòu)簡單、無磨損、免維護、耐高壓等特點，在利用余壓壓力能等方面，能產(chǎn)生很大的經(jīng)濟效益和社會效益。
[0003]依靠不對稱湍流旋渦催生的自激振蕩，可產(chǎn)生液體脈沖射流。而利用流體的附壁(koanda)效應(yīng)，再施加周期性的激振力，就能實現(xiàn)向流道兩側(cè)不斷切換附壁的振蕩射流。以尖角形的分流劈，將主射流流道叉開，分成兩條、或多條呈一定夾角的扇形排布的流道，則主射流就會輪流進入各條流道，在每一條流道中都生成脈沖射流。靜止式氣波制冷機就是依靠這種擺動的振蕩射流，分配氣體到扇形排布的各個接受管中，再由氣體活塞效應(yīng)，產(chǎn)生壓縮波輸出能量，和產(chǎn)生膨脹波制冷。
[0004]目前的靜止式氣波制冷機中，以及其他用途的附壁振蕩射流，其周期性激振力，是由主射流作用于其流道側(cè)邊開口相連通的回流管和空腔，產(chǎn)生正反饋、或由氣體彈性產(chǎn)生周期性激勵擾動，通過側(cè)壁開口作用于主射流的附壁一側(cè)，使主射流脫壁，和擺向另一側(cè)壁，產(chǎn)生振蕩射流。根據(jù)激勵作用原理的差別，分成音波振蕩、正反饋振蕩和共鳴腔振蕩等數(shù)種。
[0005]然而，除了初始起振困難，和受加工流道幾何尺度所規(guī)限的壓力波傳輸時差相位所定，振蕩周期不能調(diào)整改變等不足之外，振蕩射流的能量損失大，是這種自激勵附壁振蕩的最大缺陷。為能獲得所須的激勵強度，射流流道側(cè)壁的激勵開口必須足夠?qū)挻?，才能觸發(fā)和維持振蕩。但這樣開放旁通的邊界條件,會產(chǎn)生大的分流,并嚴(yán)重破壞主射流的有序流動，產(chǎn)生強烈的紊流與旋渦，導(dǎo)致?lián)p失工作流體大量的能量。因此，目前靜止式氣波制冷機的效率不足40%，其中自激振蕩射流損失就占了相當(dāng)?shù)谋壤?br> [0006]靜止式氣波制冷機等一些振蕩射流應(yīng)用設(shè)備，為能與工作部分的幾何尺寸相匹配，獲得最好的效果，對振蕩頻率的準(zhǔn)確性要求很高，而自激振蕩的振蕩頻率卻很難任意調(diào)節(jié)，導(dǎo)致匹配不好，效率進一步降低。
實用新型內(nèi)容
[0007]本實用新型提供一種高效低損失、初始起振容易、振蕩頻率任意可調(diào)的流體振蕩發(fā)生裝置——推挽外激勵式射流振蕩發(fā)生器。
[0008]本實用新型推挽外激勵式射流振蕩發(fā)生器，摒棄了依靠主射流自身分流分壓，來產(chǎn)生激勵推力的常規(guī)自激勵模式，而采用從外部、即在射流噴嘴入口之前截取微量的流體，經(jīng)過調(diào)制形成兩股反相位(一股流動時另一股停頓)、時長與幅度對稱的微流量脈沖流，將其導(dǎo)入射流振蕩發(fā)生器的垂直推動激勵口，和平行抽吸激勵口，以二者共同的激勵作用，取代主射流的自激勵，獲得一種推挽外激勵式的射流振蕩發(fā)生器。
[0009]因外激勵流的激勵強度要比射流自激勵大的多，故需流量微小，其流道側(cè)面激勵開口的尺寸可以大幅度減小，對主射流的流動干擾很小，而本實用新型特有的平行激勵流與主射流的速度矢量和壓力參數(shù)幾乎相等，只相當(dāng)于略微增加了射流寬度，不會造成射流能量的損失。因此這種一壓一吸的推挽外激勵方式，能極大地降低主射流的能量損失。將本實用新型用于靜止式氣波制冷機，可以大幅度地提高其制冷效率。
[0010]本實用新型所采取的創(chuàng)新技術(shù)解決方案為:
[0011]在本實用新型推挽外激勵式射流振蕩發(fā)生器中，一共設(shè)有四個微小的外激勵口，兩兩配對，導(dǎo)入外部調(diào)制的兩股反相位周期變化的微量壓力流體，作用于主射流，激勵其做附壁切換振蕩。其中，一對激勵口分置于主射流的兩側(cè)，從該對的2個激勵口輪流射入兩股反相位激勵流的一部分，該部分激勵流垂直于主射流，輪流推動主射流做左、右偏轉(zhuǎn)。除此之外，還特別設(shè)置了分置于主射流出口兩側(cè)的另外一對激勵口，從該對的2個激勵口輪流射入兩股反相位激勵流的另一部分，該部分激勵流平行于主射流，在主射流的兩側(cè)輪流造成低壓區(qū)，輪流抽吸主射流向相自己的一側(cè)偏轉(zhuǎn)。所施加的垂直與平行激勵流的相位，在主射流的左和右側(cè)、右和左側(cè)同步出現(xiàn)，一側(cè)抽吸的同時，對側(cè)則垂直推動，因此使主射流更容易向這一側(cè)偏轉(zhuǎn)切換附壁。在啟動振蕩階段，這種協(xié)同激勵力度也無絲毫的降低，因此很容易起振。而自激勵式附壁振蕩發(fā)生器，由于壓力波梯度須靠切換突變才能生成和發(fā)展，故在啟動振蕩階段激勵作用微弱，不易起振。
[0012]由于同時施加了垂直激勵的推、和平行激勵的拉這兩種外激勵的協(xié)同作用，故將本實用新型命名為推挽外激勵式射流振蕩發(fā)生器。
[0013]從分置于主射流出口兩側(cè)激勵口流出的激勵流，會在主射流的兩側(cè)輪流產(chǎn)生低壓區(qū)，單獨施加一定流量的此激勵流，也能使主射流回轉(zhuǎn)附壁產(chǎn)生振蕩。且此平行激勵流直接匯入主射流,不會使主射流產(chǎn)生能量損失。更是由于有此平行激勵的協(xié)同，故垂直激勵的強度就可更小，即主射流兩側(cè)流道壁上的垂直激勵口可以開的更小，一方面更降低了對主射流流動的干擾，另一方面，垂直激勵流的流量減至很小，主射流攜帶它需消耗的動能也很小。
[0014]本實用新型的有益效果是:
[0015]獲得一種能量損失很小(振蕩脈沖射流出口的總壓保持比率可達90%以上)，起振容易，振蕩頻率任意可調(diào)的射流附壁振蕩發(fā)生器，在降低射流能量損失的同時，還因振蕩頻率可任意調(diào)節(jié)，能與負載完全匹配，從而能使工作部分達到最高效率。本實用新型用于靜止式氣波制冷機、和其他需要振蕩或脈沖射流的應(yīng)用裝置，可取得能量轉(zhuǎn)換效率增高、成本低、使用方便等經(jīng)濟效果。
[0016]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型做進一步的說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型推挽外激勵式射流振蕩發(fā)生器的結(jié)構(gòu)簡圖。[0018]圖2為本實用新型發(fā)生器機體上的射流附壁振蕩流道和激勵流道簡圖。
[0019]圖3為本實用新型發(fā)生器的上蓋板頂視圖。
[0020]圖4為本實用新型發(fā)生器的底視圖。
[0021 ] 圖中，I上蓋板，2激勵流入口管A，3激勵流入口管B，4壓力流體入口管，5機體，6平行激勵流導(dǎo)入管A，7平行激勵流導(dǎo)入管B，8底板，9垂直激勵導(dǎo)入流道A，10垂直激勵口A，11平行激勵口 A，12平行激勵導(dǎo)入流道A，14平行激勵導(dǎo)入流道B，13壓力流體緩沖腔，14平行激勵導(dǎo)入流道B，15噴嘴流道，16平行激勵口 B，17主射流流道，18垂直激勵導(dǎo)入流道B，19垂直激勵口 B，20分流劈，21分叉流道A，22振蕩射流出口 A，23振蕩射流出口 B，24分叉流道B。
【具體實施方式】
[0022]本實用新型推挽外激勵式射流振蕩發(fā)生器的一種典型的實施方式描述如下，但不只局限于此種實施方式:
[0023]本實用新型推挽外激勵式射流振蕩發(fā)生器，主要由機體5、上蓋板1、底板8、壓力流體入口管4、激勵流入口管等組成。在機體5上，對稱于其中軸線，加工出一定深度的、最大值可為機體全厚度的壓力流體緩沖腔13、噴嘴流道15、主射流流道17，和對稱的分叉流道21與分叉流道24 ;本發(fā)生器的特征在于:在主射流流道17的左、右兩側(cè)壁，對稱開有垂直激勵口 AlO和垂直激勵口 B19，以及垂直激勵導(dǎo)入流道A9和垂直激勵導(dǎo)入流道B18 ;且又在噴嘴流道15出口的左、右兩側(cè)，對稱開有平行激勵口 All和平行激勵口 B16，以及平行激勵導(dǎo)入流道A12和平行激勵導(dǎo)入流道B14 ;上蓋板I在與垂直激勵導(dǎo)入流道A9和垂直激勵導(dǎo)入流道B18外端的投影重合位置，對稱安裝一對激勵流入口管A2和激勵流入口管B3，兩管的內(nèi)開口分別與垂直激勵導(dǎo)入流道A9和垂直激勵導(dǎo)入流道B18連通；又在底板8與機體5上的垂直激勵導(dǎo)入流道A9、垂直激勵導(dǎo)入流道B18的外端、和平行激勵導(dǎo)入流道A12、平行激勵導(dǎo)入流道B14外端的投影重合位置，分別對稱地鉆一對通孔，共兩對四個通孔均與各自的軸向投影所對位的機體5上的各個導(dǎo)入流道相通；并且這四個通孔的兩兩之間，在底板8的外部用兩根平行激勵流導(dǎo)入管A6和平行激勵流導(dǎo)入管B7，進行跨越流道對稱軸的左、右斜交叉互連，使左側(cè)的垂直激勵導(dǎo)入流道A9與右側(cè)的平行激勵導(dǎo)入流道B14相通，右側(cè)的垂直激勵導(dǎo)入流道B18與左側(cè)的平行激勵導(dǎo)入流道A12相通。以使左側(cè)的垂直激勵與右側(cè)的平行激勵同步，右側(cè)的垂直激勵與左側(cè)的平行激勵同步。
[0024]本實用新型推挽外激勵式射流振蕩發(fā)生器，在機體5上加工出對稱的分叉流道A21、分叉流道B24之后，會自動形成楔形的固體壁分流劈20 ;分叉流道A21和分叉流道B24為等截面直流道、或?qū)挾葷u縮的錐流道，數(shù)量為2?6條，其流道寬度為噴嘴流道15出口寬度的1.1?5倍，高度與主射流流道17相等，為噴嘴流道15出口高度的0.9?2倍。
[0025]本實用新型推挽外激勵式射流振蕩發(fā)生器，其噴嘴流道15為漸縮式流道，其出口寬度和高度根據(jù)射流流量而定，寬度范圍為I?100毫米，高度即深度范圍為I?200毫米。
[0026]本實用新型推挽外激勵式射流振蕩發(fā)生器，其主射流流道17的寬度，為噴嘴流道15出口寬度的1.1?4倍，主射流流道17的長度為噴嘴流道15出口寬度的2?20倍。
[0027]本實用新型推挽外激勵式射流振蕩發(fā)生器，在主射流流道17的左、右兩邊側(cè)壁上，對稱開設(shè)的垂直激勵口 AlO和垂直激勵口 B19，其口高度等于或小于主射流流道17的高度，其口寬度為噴嘴流道15出口寬度的0.05?0.5倍。
[0028]本實用新型推挽外激勵式射流振蕩發(fā)生器，在噴嘴流道15出口的左、右兩側(cè)，對稱開設(shè)的平行激勵口 Al I和平行激勵口 B16，其口高度等于或小于主射流流道17的高度，其口寬度為噴嘴流道15出口寬度的0.05?0.5倍。
[0029]本實用新型推挽外激勵式射流振蕩發(fā)生器，在主射流流道17的左、右兩邊側(cè)壁上對稱開設(shè)的垂直激勵口 AlO和垂直激勵口 B19，與噴嘴流道15出口的距離，為主射流流道17長度的30?100%。
[0030]本實用新型推挽外激勵式射流振蕩發(fā)生器的工作機理敘述如下:
[0031]帶壓流體從壓力流體入口管4進到壓力流體緩沖腔13，再經(jīng)噴嘴流道15加速成高速射流；在激勵振蕩的上半周期，主射流流道17 —側(cè)壁的垂直激勵口 A10，和在另一側(cè)壁上游、噴嘴流道17出口旁的平行激勵口 B16，同時流入激勵流體，使主射流向平行激勵口 B16這一側(cè)偏轉(zhuǎn)附壁；而在激勵振蕩的下半周期，外部調(diào)制控制會阻斷垂直激勵口 AlO和平行激勵口 B16的激勵流體，而在另一側(cè)對稱的垂直激勵口 B19、和平行激勵口 All，將同時流入激勵流體，再使主射流向另一側(cè)偏轉(zhuǎn)附壁；不斷快速反復(fù)上述過程，主射流就產(chǎn)生了振蕩，并在其后的各個分叉流道A21和B24中，形成脈沖射流，最后從振蕩射流出口 A22和振蕩射流出口 B23交替流出。
[0032]進入激勵流入口管A2和激勵流入口管B3的激勵流體，必須先調(diào)制成兩股半周期切換的微脈沖流，將垂直激勵口 AlO和平行激勵口 B16連接其一股脈沖流，而垂直激勵口B19和平行激勵口 All連接其另一股，第一股脈沖流存續(xù)時，第二股流截止，反之亦然。
[0033]外激勵微脈沖流的調(diào)制可由機械驅(qū)動、或電磁驅(qū)動的切換閥、平動或轉(zhuǎn)動的分流機構(gòu)，或超磁致伸縮材料等器件完成。由于外激勵流體的流量很小(主射流的10%以內(nèi))，因此調(diào)制過程比較簡單，成本也較低。
[0034]本實用新型推挽外激勵式射流振蕩發(fā)生器的運行參數(shù)如下:
[0035]外激勵頻率即主射流的附壁振蕩頻率:1?IOOOHz ；
[0036]帶壓流體入口壓力范圍:0.05?20MPa ；
[0037]振蕩脈沖射流出口的總壓保持比率:85?95%。
【權(quán)利要求】
1.一種推挽外激勵式射流振蕩發(fā)生器，包括機體(5)，上蓋板(I)、底板(8)、壓力流體入口管(4)、激勵流入口管A(2)和激勵流入口管B (3)，在機體(5)上，對稱于其中軸線，開有深度最大值為機體全厚度的流體緩沖腔(13)、噴嘴流道(15)、主射流流道(17)，和對稱的分叉流道A(21)與分叉流道B(24);其特征在于:主射流流道(17)的左、右兩側(cè)壁，對稱開有垂直激勵口 A(IO)和垂直激勵口 B(19)、垂直激勵導(dǎo)入流道A(9)和垂直激勵導(dǎo)入流道B(18);噴嘴流道(15)出口的左、右兩側(cè)，對稱開有平行激勵口 A(Il)和平行激勵口 B(16)、平行激勵導(dǎo)入流道A (12)和平行激勵導(dǎo)入流道B (14);上蓋板(I)在與垂直激勵導(dǎo)入流道A(9)和垂直激勵導(dǎo)入流道B(IS)外端的投影重合位置，對稱安裝一對激勵流入口管A(2)和激勵流入口管B(3)，兩管的內(nèi)開口分別與垂直激勵導(dǎo)入流道A(9)和垂直激勵導(dǎo)入流道B(IS)連通；又在底板(8)與機體(5)上的垂直激勵導(dǎo)入流道A(9)、垂直激勵導(dǎo)入流道B(IS)的外端、和平行激勵導(dǎo)入流道A(12)、平行激勵導(dǎo)入流道B(14)外端的投影重合位置，分別對稱地鉆一對通孔，共兩對四個通孔均與各自的軸向投影所對位的機體(5)上的各個導(dǎo)入流道相通；四個通孔的兩兩之間，在底板(8)的外部用兩根平行激勵流導(dǎo)入管A(6)和平行激勵流導(dǎo)入管B (7)，進行跨越流道對稱軸的左、右斜交叉互連，使左側(cè)的垂直激勵導(dǎo)入流道A(9)與右側(cè)的平行激勵導(dǎo)入流道B(14)相通，右側(cè)的垂直激勵導(dǎo)入流道B(18)與左側(cè)的平行激勵導(dǎo)入流道A (12)相通。
2.如權(quán)利要求1所述的推挽外激勵式射流振蕩發(fā)生器，其特征在于:在機體(5)上加工出對稱的分叉流道A(21)、分叉流道B(24)之后，形成楔形的固體壁分流劈(20);分叉流道A (21)和分叉流道B (24)為等截面直流道或?qū)挾葷u縮的錐流道，數(shù)量為2?6條，其流道寬度為噴嘴流道(15)出口寬度的1.1?5倍，高度即深度與主射流流道(17)相等，為噴嘴流道(15)出口高度即深度的0.9?2倍。
3.如權(quán)利要求2所述的推挽外激勵式射流振蕩發(fā)生器，其特征在于:噴嘴流道(15)為漸縮式流道，其出口寬度和高度根據(jù)射流流量而定，寬度范圍為I?100毫米，高度即深度范圍為I?200毫米。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的推挽外激勵式射流振蕩發(fā)生器，其特征在于:其主射流流道(17)的寬度，為噴嘴流道(15)出口寬度的1.1?4倍，主射流流道(17)的長度，為噴嘴流道(15)出口寬度的2?20倍。
5.如權(quán)利要求4所述的推挽外激勵式射流振蕩發(fā)生器，其特征在于:在主射流流道(17)的左、右兩邊側(cè)壁上，對稱開設(shè)的垂直激勵口 A(IO)和垂直激勵口 B(19)，其口高度等于或小于主射流流道(17)的高度，其口寬度為噴嘴流道(15)出口寬度的0.05?0.5倍。
6.如權(quán)利要求4所述的推挽外激勵式射流振蕩發(fā)生器，其特征在于:在噴嘴流道(15)出口的左、右兩側(cè)，對稱開設(shè)的平行激勵口 A(Il)和平行激勵口 B(16)，其口高度等于或小于主射流流道(17)的高度，其口寬度為噴嘴流道(15)出口寬度的0.05?0.5倍。
7.如權(quán)利要求5所述的推挽外激勵式射流振蕩發(fā)生器，其特征在于:在噴嘴流道(15)出口的左、右兩側(cè)，對稱開設(shè)的平行激勵口 A(Il)和平行激勵口 B(16)，其口高度等于或小于主射流流道(17)的高度，其口寬度為噴嘴流道(15)出口寬度的0.05?0.5倍。
8.如權(quán)利要求4所述的推挽外激勵式射流振蕩發(fā)生器，其特征在于:在主射流流道(17)的左、右兩邊側(cè)壁上對稱開設(shè)的垂直激勵口 A(IO)和垂直激勵口 B (19)，與噴嘴流道(15)出口的距離，為主射流流道(17)長度的30?100%。
【文檔編號】B05B1/08GK203778217SQ201420106761
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年3月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月11日
【發(fā)明者】鄒久朋, 胡大鵬, 代玉強, 朱徹, 劉培啟, 張禮鳴 申請人:大連理工大學(xué)