專利名稱：一種消除流道口渦流的方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于流體力學領域，具體涉及一種消除流道口處渦流的方法，本發明還涉及一種采用該方法的裝置。
背景技術：
流體力學是一門涉及眾多領域的基礎科學，其在航空航天、水利船舶等領域具有舉足輕重的地位。眾所周知，流體由高壓區向低壓區流動時會產生渦流，強力的渦流會讓液體泵吸入空氣，造成泵內“氣蝕”降低泵的工作效率，嚴重時會使泵停止工作。水電站進水口吸入空氣會使水輪機無法正常運轉，因而在水電站上，有無渦流的喇叭口型設計，也有為減弱渦流的橢圓口、消渦棒等，但這些減弱渦流的設計方法只能減弱渦流的強度，使設備可以保持運轉，但不能消除渦流產生的振動和阻力。喇叭口型的設計只能用在大壩的兩頭沿岸，開挖出長長的喇叭口型隧道，把水引向水輪機，其工程費用過大，使用范圍受限。
現有的艦艇、船舶依然使用螺旋槳推進器，其能耗高、效率低，由于螺旋槳的轉動使艦艇或船舶的后側尾流中形成很強的渦流，造成振動、噪音大，此外，有時螺旋槳還會在海洋中被捕魚的拖網纏繞，嚴重時甚至使潛艇不能脫身，如俄羅斯小潛艇在靠近北極處被拖網纏繞，七名艇員涉險并差點送命，此事件震動了世界。
針對螺旋槳推進器的不足，美、英、澳等國已有戰艦采用了先進的噴水推進器用以取代螺旋槳推進器，我國目前也已研制成功并率先在雙體導彈快艇上使用。德國所謂的“靜音”潛艇是以燃料電池為動力，用電機帶動水泵做噴水推進。柴油機和螺旋槳上的振動和噪音被消除了，但是水泵進水口處渦流產生的振動阻力和噪音仍然存在，達不到完全高效靜音的目的。
航空發動機進氣道內的氣流流場在飛機加減速度狀態下，以及飛機大迎角機動過程中變化顯著，嚴重影響發動機的正常工作，其中流場中的渦流效應不可忽視，為此強調高速截擊性能的截擊機一般采用可變截面積進氣道，如我國殲-10型戰斗機，而用于多用途的戰斗轟炸機由于不要求高速性能，為了簡化進氣道結構重量則采用了固定進氣道結構，如橢圓型、矩形進氣道。但是這些設計只是在一定程度上減少渦流對發動機進氣道的影響，并不能從根本上解決這一問題。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種有效消除流道口渦流的方法，使與渦流相關的并具有流道的機械設備入口處的流體流速增大，振動和噪音消失，提高了其工作效率；本發明的另一個目的是提供一種采用該方法而消除流道口渦流的設備。
本發明所述的一種消除流道口渦流的方法，其特征是在流道口的前端設置8個或8個以上的導流片，使流體在進入流道口時以該流道口的型心為中心，形成多條向心平流體并進入流道內。
發明原理流體流動的規律是高壓區的流體有向低壓區流動的趨勢，當流體中某部分出現低壓區，四面八方的流體都會向該低壓區流動，同時，流體的速度并不相同，相對壓力大的底部區域比壓力小的上部區域流體流動的速度更快一些。而在流道口形成渦流的條件就是流體存在角速度，其中與流道口成90度角的流體對渦流形成的影響最大，小于90度角的流體對渦流形成的作用遞減，當流體小于21度角同時流速小于1米/秒時，就不會形成渦流。流道口幾何形狀的面積與該形狀內所能劃出最大圓面積的比值決定渦流的強度大小和有無，如果兩面積相等則渦流強度最大(壓力相等條件下)，反之渦流強度小，如果流道截面呈長條形，則不可能出現渦流。而本發明利用多個導流片將流體分割，使流體在進入流道口時以該流道口的型心為中心，形成多條向心平流體并進入流道內，從而消除了流體產生角速度的趨勢，因而消除了渦流的現象。
本發明還提供了一種消除流道口渦流的設備，其特征是在流道口垂直于流體流動方向的平面上，以該流道口的型心為中點，沿流道邊緣設置8個或8個以上的流道外向心導流板，所述導流板呈輻射狀、等距離垂直設置。
所述導流板向流道口的型心延伸并超過流道口邊緣流道半徑的1/5長度，同時向流道口下延伸流道半徑的1/5長度以便焊牢。在導流板外緣設有將所有導流板固定在一起的加固環。在導流板外罩有防堵罩。
本發明可以有效消除各種流道口因流體流動時產生的角速度而形成的渦流，大大提高了流體在流道里的流速，減少了流體產生的阻力振動和噪音，當應用于水力發電站上，可以顯著提高發電機的功率，使水流的勢能向電能轉換的效率大大提高，同時有限抑止了水流在流道口的振動和噪音，消除了其對大壩和發電設備的破壞作用，延長了發電設備的工作壽命。當應用于航天航空領域中，本發明通過簡單的改裝，特別是隨著鈦合金、碳纖維復合材料等高新技術的應用，在諸如噴氣式飛機的進氣道口處設置本發明的裝置，可以在增加很少的結構重量情況下，顯著改善進氣道氣流的流場狀況，減少了飛機在做機動飛行時進氣道因渦流造成發動機喘振甚至停車的可能性。此外本發明也同樣適用于其他帶有流道并以流體為介質的機械設備，如石油化工泵站等。
目前，渦流研究已引入混沌理論，要想求出消除后帶來效益的絕對值，實際上是求解無限元，當然是不可能的，由于它的應用領域極為廣泛，條件極為負責，在某些方面經試驗求得幾個數據也是沒有什么意義的，只能用絡倫茲偏微分方程組來表示，就是在特定條件下具體應用只能求出近似值。方程組如下無渦流方程ωx＝ωy＝ωz＝0有渦流方程 四
圖1是本發明中消除流道口渦流設備的一個實施例的示意圖；圖2是圖1的側視圖。
五具體實施例方式
本發明所述的一種消除流道口渦流的方法，其是在流道口的前端設置多個導流片，使流體在進入流道口時以該流道口的型心為中心，形成多條向心平流體并進入流道內。
如圖1、圖2所示是一種消除流道口渦流的設備，其在流道口垂直于流體流動方向的平面上，以該流道口的型心為中點，沿流道邊緣設置8個以上的流道外向心導流板2，各導流板2呈輻射狀、等距離垂直設置，導流板2的長高可以相同，并可按流道口直徑為參考依據，考慮壓差的高低及流量的大小，導流板2可以適當加長或縮短，導流板2可以焊在與流道口齊平的底板1上，流道口向下焊一短圓筒4，導流板2向流道口的型心方向延伸并伸入流道口邊緣10厘米左右，同時向流道口下延伸10厘米左右，伸入的部分焊在圓筒壁上以利焊牢。為了起到加固及定位的作用，在導流板2外緣用金屬條將所有導流板焊接固定在一起形成三個固定環。本裝置焊接后的外形可以是圓筒形、半球形、錐體形等符合設備需要的各種形狀，材料和規格可以根據需要選擇。此外，為了防止雜物或鳥類被吸進流道內，在導流板外還罩有防堵罩3。對于在水電站等應用領域該裝置可以安裝底板1，而對于航空航天及船舶領域則不需要安裝底板。
上文對本發明各方面的描述是為了示例和描述的目的，并不想把本發明窮盡于和局限于所公開的精確形式，而且顯然可能有許多改型和變化。這樣的改型和變化，包括技術方案及其實現均屬于本發明權利要求所定義的保護范圍。
權利要求
1.一種消除流道口渦流的方法，其特征是在流道口的前端設置多個導流片，使流體在進入流道口時以該流道口的型心為中心，形成多條向心平流體并進入流道內。
2.一種消除流道口渦流的設備，其特征是在流道口垂直于流體流動方向的平面上，以該流道口的型心為中點，沿流道邊緣設置8個或8個以上的流道外向心導流板，所述導流板呈輻射狀、等距離垂直設置。
3.根據權利要求2所述的消除流道口渦流的設備，其特征是所述導流板向流道口的型心延伸并超過流道口邊緣流道半徑的1/5長度，同時向流道口下延伸流道半徑的1/5長度。
4.根據權利要求2或3所述的消除流道口渦流的設備，其特征是在導流板外緣設有將所有導流板固定在一起的固定環。
5.根據權利要求2或3所述的消除流道口渦流的設備，其特征是在導流板外罩有防堵罩。
全文摘要
本發明公開了一種消除流道口渦流的方法及其設備，該方法是在流道口的前端設置8個或8個以上的導流片，使流體在進入流道口時以該流道口的型心為中心，形成多條向心平流體并進入流道口。所述導流板呈輻射狀、等距離垂直設置。本發明可以有效消除各種流道內因流體流動時產生的角速度而形成的渦流，大大提高了流體的流動效率，減少了流體產生的阻力振動和噪音，當應用于水力發電站上，可以提高水道中水流的速度，從而顯著提高發電機的功率，當應用于航天航空領域中，可以顯著改善進氣道氣流的流場狀況，減少了飛機在做機動飛行時進氣道因渦流造成發動機喘振甚至停車的可能性。此外本發明也同樣適用于其他帶有流道并以流體為介質的機械設備。
文檔編號F15D1/00GK101029653SQ200710020969
公開日2007年9月5日 申請日期2007年4月5日 優先權日2007年4月5日
發明者宮多乾, 宮海林, 宮玄 申請人:宮多乾