推挽外激勵式射流振蕩發生器的制造方法
【專利摘要】一種推挽外激勵式射流振蕩發生器，以外部調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節等缺陷，具有能量損失很小，容易起振，振蕩頻率任意可調，能與負載匹配等優點，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用裝置中，取得能量轉換效率高、成本低、運行可靠等經濟效果。
【專利說明】推挽外激勵式射流振蕩發生器
【技術領域】
[0001]本發明屬于射流和流體流動控制【技術領域】，涉及一種推挽外激勵式射流振蕩發生器。
【背景技術】
[0002]隨著社會和生產力的發展進步，對于簡單、高效、免維護的流體設備的需求越來越高，許多新型流體設備應運而生。在這中間，控制帶壓流體產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，具有結構簡單、無磨損、免維護、耐高壓等特點，在利用余壓壓力能等方面，能產生很大的經濟效益和社會效益。
[0003]依靠不對稱湍流旋渦催生的自激振蕩，可產生液體脈沖射流。而利用流體的附壁(koanda)效應，再施加周期性的激振力，就能實現向流道兩側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，產生壓縮波輸出能量，和產生膨脹波制冷。
[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邊開口相連通的回流管和空腔，產生正反饋、或由氣體彈性產生周期性激勵擾動，通過側壁開口作用于主射流的附壁一側，使主射流脫壁，和擺向另一側壁，產生振蕩射流。根據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種。
[0005]然而，除了初始起振困難，和受加工流道幾何尺度所規限的壓力波傳輸時差相位所定，振蕩周期不能調整改變等不足之外，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，射流流道側壁的激勵開口必須足夠寬大，才能觸發和維持振蕩。但這樣開放旁通的邊界條件,會產生大的分流,并嚴重破壞主射流的有序流動，產生強烈的紊流與旋渦，導致損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的比例。
[0006]靜止式氣波制冷機等一些振蕩射流應用設備，為能與工作部分的幾何尺寸相匹配，獲得最好的效果，對振蕩頻率的準確性要求很高，而自激振蕩的振蕩頻率卻很難任意調節，導致匹配不好，效率進一步降低。
【發明內容】
[0007]本發明提供一種高效低損失、初始起振容易、振蕩頻率任意可調的流體振蕩發生裝置——推挽外激勵式射流振蕩發生器。
[0008]本發明推挽外激勵式射流振蕩發生器，摒棄了依靠主射流自身分流分壓，來產生激勵推力的常規自激勵模式，而采用從外部、即在射流噴嘴入口之前截取微量的流體，經過調制形成兩股反相位(一股流動時另一股停頓)、時長與幅度對稱的微流量脈沖流，將其導入射流振蕩發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，而本發明特有的平行激勵流與主射流的速度矢量和壓力參數幾乎相等，只相當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。將本發明用于靜止式氣波制冷機，可以大幅度地提高其制冷效率。
[0010]本發明所采取的創新技術解決方案為:
[0011]在本發明推挽外激勵式射流振蕩發生器中，一共設有四個微小的外激勵口，兩兩配對，導入外部調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，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。除此之外，還特別設置了分置于主射流出口兩側的另外一對激勵口，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，在主射流的兩側輪流造成低壓區，輪流抽吸主射流向相自己的一側偏轉。所施加的垂直與平行激勵流的相位，在主射流的左和右側、右和左側同步出現，一側抽吸的同時，對側則垂直推動，因此使主射流更容易向這一側偏轉切換附壁。在啟動振蕩階段，這種協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生器，由于壓力波梯度須靠切換突變才能生成和發展，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同作用，故將本發明命名為推挽外激勵式射流振蕩發生器。
[0013]從分置于主射流出口兩側激勵口流出的激勵流，會在主射流的兩側輪流產生低壓區，單獨施加一定流量的此激勵流，也能使主射流回轉附壁產生振蕩。且此平行激勵流直接匯入主射流,不會使主射流產生能量損失。更是由于有此平行激勵的協同，故垂直激勵的強度就可更小，即主射流兩側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]本發明的有益效果是:
[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，振蕩頻率任意可調的射流附壁振蕩發生器，在降低射流能量損失的同時，還因振蕩頻率可任意調節，能與負載完全匹配，從而能使工作部分達到最高效率。本發明用于靜止式氣波制冷機、和其他需要振蕩或脈沖射流的應用裝置，可取得能量轉換效率增高、成本低、使用方便等經濟效果。
[0016]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明做進一步的說明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明推挽外激勵式射流振蕩發生器的結構簡圖。[0018]圖2為本發明發生器機體上的射流附壁振蕩流道和激勵流道簡圖。
[0019]圖3為本發明發生器的上蓋板頂視圖。
[0020]圖4為本發明發生器的底視圖。
[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平行激勵流導入管A，7平行激勵流導入管B，8底板，9垂直激勵導入流道A，10垂直激勵口A，11平行激勵口 A，12平行激勵導入流道A，14平行激勵導入流道B，13壓力流體緩沖腔，14平行激勵導入流道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]本發明推挽外激勵式射流振蕩發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]本發明推挽外激勵式射流振蕩發生器，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 ;本發生器的特征在于:在主射流流道17的左、右兩側壁，對稱開有垂直激勵口 AlO和垂直激勵口 B19，以及垂直激勵導入流道A9和垂直激勵導入流道B18 ;且又在噴嘴流道15出口的左、右兩側，對稱開有平行激勵口 All和平行激勵口 B16，以及平行激勵導入流道A12和平行激勵導入流道B14 ;上蓋板I在與垂直激勵導入流道A9和垂直激勵導入流道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B3，兩管的內開口分別與垂直激勵導入流道A9和垂直激勵導入流道B18連通；又在底板8與機體5上的垂直激勵導入流道A9、垂直激勵導入流道B18的外端、和平行激勵導入流道A12、平行激勵導入流道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入管A6和平行激勵流導入管B7，進行跨越流道對稱軸的左、右斜交叉互連，使左側的垂直激勵導入流道A9與右側的平行激勵導入流道B14相通，右側的垂直激勵導入流道B18與左側的平行激勵導入流道A12相通。以使左側的垂直激勵與右側的平行激勵同步，右側的垂直激勵與左側的平行激勵同步。
[0024]本發明推挽外激勵式射流振蕩發生器，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、或寬度漸縮的錐流道，數量為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]本發明推挽外激勵式射流振蕩發生器，其噴嘴流道15為漸縮式流道，其出口寬度和高度根據射流流量而定，寬度范圍為I?100毫米，高度即深度范圍為I?200毫米。
[0026]本發明推挽外激勵式射流振蕩發生器，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]本發明推挽外激勵式射流振蕩發生器，在主射流流道17的左、右兩邊側壁上，對稱開設的垂直激勵口 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]本發明推挽外激勵式射流振蕩發生器，在噴嘴流道15出口的左、右兩側，對稱開設的平行激勵口 All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]本發明推挽外激勵式射流振蕩發生器，在主射流流道17的左、右兩邊側壁上對稱開設的垂直激勵口 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]本發明推挽外激勵式射流振蕩發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 —側壁的垂直激勵口 A10，和在另一側壁上游、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這一側偏轉附壁；而在激勵振蕩的下半周期，外部調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偏轉附壁；不斷快速反復上述過程，主射流就產生了振蕩，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，第一股脈沖流存續時，第二股流截止，反之亦然。
[0033]外激勵微脈沖流的調制可由機械驅動、或電磁驅動的切換閥、平動或轉動的分流機構，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)，因此調制過程比較簡單，成本也較低。
[0034]本發明推挽外激勵式射流振蕩發生器的運行參數如下:
[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%。
【權利要求】
1.一種推挽外激勵式射流振蕩發生器，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)、垂直激勵導入流道A(9)和垂直激勵導入流道B(18);噴嘴流道(15)出口的左、右兩側，對稱開有平行激勵口 A(Il)和平行激勵口 B(16)、平行激勵導入流道A (12)和平行激勵導入流道B (14);上蓋板(I)在與垂直激勵導入流道A(9)和垂直激勵導入流道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)，兩管的內開口分別與垂直激勵導入流道A(9)和垂直激勵導入流道B(IS)連通；又在底板(8)與機體(5)上的垂直激勵導入流道A(9)、垂直激勵導入流道B(IS)的外端、和平行激勵導入流道A(12)、平行激勵導入流道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入管A(6)和平行激勵流導入管B (7)，進行跨越流道對稱軸的左、右斜交叉互連，使左側的垂直激勵導入流道A(9)與右側的平行激勵導入流道B(14)相通，右側的垂直激勵導入流道B(18)與左側的平行激勵導入流道A (12)相通。
2.如權利要求1所述的推挽外激勵式射流振蕩發生器，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)為等截面直流道或寬度漸縮的錐流道，數量為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.如權利要求2所述的推挽外激勵式射流振蕩發生器，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.如權利要求1、2或3所述的推挽外激勵式射流振蕩發生器，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.如權利要求4所述的推挽外激勵式射流振蕩發生器，其特征在于:在主射流流道(17)的左、右兩邊側壁上，對稱開設的垂直激勵口 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.如權利要求4所述的推挽外激勵式射流振蕩發生器，其特征在于:在噴嘴流道(15)出口的左、右兩側，對稱開設的平行激勵口 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.如權利要求5所述的推挽外激勵式射流振蕩發生器，其特征在于:在噴嘴流道(15)出口的左、右兩側，對稱開設的平行激勵口 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.如權利要求4所述的推挽外激勵式射流振蕩發生器，其特征在于:在主射流流道(17)的左、右兩邊側壁上對稱開設的垂直激勵口 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%。
9.如權利要求5、6、7或8所述的推挽外激勵式射流振蕩發生器，其特征在于:在主射流流道(17)的左、右兩邊側壁上對稱開設的垂直激勵口 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】B05B1/08GK103861748SQ201410087495
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月11日 優先權日:2014年3月11日
【發明者】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