專利名稱：包括具有改進外形的阻體的流體振蕩器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種流體振蕩器，它相對于縱向對稱平面對稱，并包括用來形成相對于所述平面橫向振蕩的二維射流的流體入口，和具有由振蕩的射流清掃的前壁并在前壁上形成位于所述流體入口對面的腔的阻體(obstacle)。
FR2690717號文件描述了這種類型的并示于
圖1上部的流體振蕩器。
這個振蕩器1包括振蕩室2以及放置在所述室內部的阻體4。阻體4具有前壁6，阻體4中形成位于開口10對面的主腔8。
開口10限定流體進入振蕩室2的入口并用來形成相對于縱向對稱平面P橫向振蕩的二維射流。
射流在振蕩時交替地清掃主腔8。
阻體4在其前面部分6還具有位于主腔8兩側的兩個二級腔12和14。這些二級腔12和14被配置在構成開口10的振蕩室的前壁對面并由點狀部分12a,12b以及14a和14b限定。
主腔離開口最遠的部分的形狀是圓的，而在靠近開口時，所述腔的邊緣向外擴大(圖1)。
當射流遇到主腔并清掃它時，在射流的每一側形成渦流，渦流以反相并相對于所述射流的振蕩強弱交替。
在射流振蕩的過程中這些渦流變形，而二級腔12和14的作用就是使得依賴于射流控制的渦流產生徑向擴張，徑向擴張是上述渦流的中心和其周邊之間的距離。
阻體4和振蕩室的側壁一起限定兩個通道C1和C2，這些通道使得流體能沿著流體振蕩器朝出口16的方向向下流動。
下面參照圖2和3的描述涉及處在過渡狀態的流體振蕩器的一般活動。
射流F的沖擊清掃極點I1和I2之間的主腔8。振蕩伴隨著形成位于阻體4的前面部分6和與開口10連接的振蕩室2的壁之間的主要渦流T1和T2。
在圖2中，射流的沖擊作用在點I1上，然后渦流T1被集結而且強烈，而渦流T2微弱。射流大部分經由通道C2排出。
在湍流狀態，二級渦流Ts1和Ts2充滿兩個二級腔12和14，與主渦流反相且時強時弱。但流量減少得愈多，這些二級渦流的強度或集中度也減小得愈多。
因此，主強渦流(圖2中的T1)的徑向擴張增加，使得在流量減小時，它有損于二級渦流Ts1地逐漸充滿二級腔12，二級渦流Ts1完全消失而結束。
從另一方面來說，靠排出射流而產生的二級渦流Ts2仍然存在于二級腔14內部。
在圖3中，射流的沖擊位于I2，在這里是具有增加的徑向擴張的渦流T2，二級渦流Ts2在流量充分降低時完全消失。當主渦流集結而且強烈時，它們在過渡狀態比在湍流狀態具有更大的徑向擴張(因為在后一種狀態下二級渦流充滿兩個二級腔，用于發展主渦流的空間減少)。當主強渦流的徑向擴張大時，振蕩頻率要弱得多。
因此，這種流體振蕩器相對于以前已知的流體振蕩器來說具有在湍流狀態下提高的振蕩頻率和在過渡狀態下降低的頻率，并從而具有改進的線性。
但是，由于有點狀部分12a,12b,14a和14b，這種流體振蕩器的確具有測量的可重復性問題。
事實上，在生產過程中難以準確地復制二級腔，從一個流體振蕩器到另一個所存在的差異導致其線性證明不適于設想的應用的校準曲線。
通過提供其性能與FR.2690717號文件中所描述的振蕩器的性能仍然大致相同的流體振蕩器，本發明試圖解決這個問題。
因此，本發明涉及一種流體振蕩器，它相對于縱向對稱平面對稱，并包括用來形成相對于對稱平面橫向振蕩的二維射流的流體入口，和在其中形成腔而且腔位于所述流體入口對面的并由振蕩的射流清掃的阻體，其特征在于阻體具有包括構成腔的兩個大致平的前表面的前壁，每個表面的平面大致與對稱平面垂直，所述腔由在其表面接合每個所述前表面處大致與所述對稱平面平行的表面限定，該阻體還具有兩個側壁，其側面在它們中的每個面與相應的前表面接合處大致與對稱平面平行。
本發明的流體振蕩器的新的簡化了的結構使得有可能獲得其徑向擴張(渦流的中心與其周邊之間的距離)隨著雷諾數增加的主渦流，從而有助于減少射流的振蕩頻率。
這樣，新的流體振蕩器的性能與在FR 2690717號專利中所描述的現有技術的振蕩器的性能大致相同。
這種流體振蕩器的結構使得渦流能比在現有技術的振蕩器中更自由地發展，在現有技術的振蕩器中二級腔根據射流速率把幾何應力施加在渦流上。
在現有技術的流體振蕩器中就湍流和穩流來說，除了有主渦流以外，二級渦流充滿兩個二級腔，而在本發明的振蕩器中，只有主渦流充滿位于阻體的前端部分和流體入口之間的空間。
在現有技術的流體振蕩器中，在過渡狀態主渦流的大小相對于處在湍流和穩流的該渦流的大小來說增加。
消除了二級腔并從而消除了限定所述腔的點狀部分的事實使得更易于生產流體振蕩器并以穩定的精度復制。
根據本發明的一個特點，使腔的表面成形為能引導射流進入所述腔并防止在后者內部產生會引起干擾射流振蕩的危險的回流現象。
根據本發明的另一個特點，流體振蕩器包括與流體入口連接并放置阻體的振蕩器。振蕩室在流體入口的兩側具有位于前端表面對面的而且其表面與所述前端表面大致平行的壁。
這個特點也有助于控制渦流的大小。
根據本發明的另一個特點，阻體具有由大致上垂直于縱向對稱平面P的后表面限定的后壁。
從閱讀下面只是作為例子并參照附圖給出的描述中，其它特點和優點將會更容易地顯現出來，在附圖中圖1是現有技術的流體振蕩器的頂視圖；圖2和3示意地表示圖1所示和在兩個單獨的瞬間在過渡狀態工作的流體振蕩器的局部頂視圖；圖4是根據本發明的一個實施例的流體振蕩器的頂視圖；圖5a和5b表示為現有技術的和本發明的流體振蕩器所獲得的校準曲線；-圖6a,6b和6c示意地表示圖4所示的并在穩流，過渡和湍流狀態下工作的流體振蕩器的局部頂視圖。
如圖4所示并用總的標號20表示的流體振蕩器用于氣流，以便確定通過所述振蕩器的氣體的流量和體積。
流體振蕩器20相對于縱向對稱平面P對稱，氣流的入口22和出口24沿著該平面對準。
入口22體現為具有橫向尺寸或恒定寬度d的開口的形式，其最大尺寸，即其高度，包含在與圖4的平面垂直的平面內。
這個開口把通過它并用箭頭F表示的氣流轉變為相對于縱向對稱平面P橫向振蕩的二維射流(沿著與開口高度平行的方向射流幾乎保持原樣)。
流體振蕩器20包括振蕩室26，氣流經由開口22展開進入其中，阻體28被放置在振蕩室的中間并占據了所述室的主要部分。
阻體28的壁與振蕩室26的壁26a和26b一起限定兩個通道C1和C2，這些通道使得氣流能交替地經由任何一個通道向流體振蕩器的出口24排出。
阻體28具有在開口22對面的前壁30，在所述阻體中形成的并位于所述開口對面的腔32，在氣流振蕩運動過程中被氣流清掃。
在沖擊腔之后，射流分離成兩股氣流。
在圖4所示的平面內，腔32具有其外形能夠在氣流振蕩過程中將氣流引導到所述腔內部的表面。
為了實現這點，表面需要做成曲線，而且腔必須不是太深，否則就不能把射流引導到腔的底部。
此外，需要把表面成形為能防止產生在腔內部的回流現象，如果腔在其表面具有鈍角時就會出現這種現象。
最簡單的形狀示于圖4并相當于半圓。
但是，其它形狀也是適用的，只要它們能實現前面提到的功能。
例如，表面的外形可以是拋物線的。
阻體28的前壁30還包括對稱地位于腔32兩側的并基本上是平的兩個前端表面34和36。
配置這些前端表面的平面大致與縱向對稱平面P以及在開口22右側的氣流方向垂直。
但是，并不是嚴格地必須把這些表面配置在給定的平面內，或者使它們中的每個平面嚴格地垂直于對稱平面P。
振蕩室26還包括對稱地配置在開口22兩側并與前端表面34和36相對的兩個壁26c和26d。
壁26c和26d具有與前端表面34和36平行的表面。
在射流兩側要形成的渦流將位于前端表面34和36以及壁26c和26d各自相應的表面之間。因此這些渦流在這些表面之間實際上將自由發展。
腔32的形狀是這樣的，使得在所述腔連接前端表面34和36的點A1和A2處所述腔的表面大致上與縱向對稱平面P平行。
因此，從遇到腔的表面時分開的射流中產生并由所述表面導向的氣流在離開所述腔時沿著大致與縱向對稱平面平行的方向流動。
從另一方面來說，如果腔的形狀在點A1和A2處向外擴大；腔32的表面沿著離開對稱平面P的方向相當遠的方向引導氣流，這些渦流的發展存在被擾動的危險。
此外，壁26c和26d的表面與前端表面平行，以及從腔32出來的氣流沿著大致與這些表面垂直的方向流動，以避免與沖擊壁26c和26d的所述表面的氣流連通的事實產生相對于這些表面離開法線太遠的入射角。
事實上，離開法線太遠的入射角會導致改變位于這個前端表面和壁26c及26d相應的相對表面之間的渦流的大小。
阻體具有分別與通道C1和C2連通的側壁38和40。
這些壁38和40具有大致平的側面，在它們之中的每個面分別連接相應的前端表面34和36之一的點B1和B2處，它們大致與縱向對稱平面P平行。
這使得有可能清楚地確定氣流的離開方向并避免如果阻體28的側面38,40和對稱平面的縱向之間的角度明顯地大于零，或者如果側面之一和相應的前端表面的連接區域形成曲線時就會發生的回流現象。
在這些情況下，渦流的形成也會存在被擾動的危險。
在點B1和B2處，連接區域被完全確定并可在大量生產過程中重復，它精確地確定在不同的穩流，過渡和湍流狀態下氣流的分離邊緣的位置。
從另一方面來說，對于，例如，凸形連接區域來說，這個氣流分離邊緣的位置根據氣流狀態而改變。因此，由于難于可靠地復制凸的形狀，因而就難于獲得分離邊緣的準確位置。
如圖4所示，阻體28的壁38,40的側面和室26的側壁26a及26b一起限定互相平行的兩個通道部分。
阻體28還具有面向流體振蕩器的出口24的后壁42。
這個后壁42由大致上垂直于縱向對稱平面P的中央部分的表面形成。
事實上，為了避免產生回流區域，相對于平面P對稱的這個后表面從壁38,40的每個側面起形成稍微凸出的四分之一圓，然后形成直到所述平面P的相對于阻體28的前端表面34,36稍微傾斜的右側(right-hand)部分。
腔32的底部相當于所述腔離開口22最遠的部分，它位于離所述開口4d和8d之間的距離處，該距離例如等于6.25d。
還被稱之為最小厚度的阻體28在腔32底部和后壁42的表面之間的縱向尺寸大于0.05d，以便確保足夠的機械強度，并小于2d。
腔32的橫向尺寸在2.5d和6.5d之間，并等于，例如，4.5d。
前端表面34,36位于離開口22，即分別離壁26c和26d,2.25d和6.25d之間的縱向距離處，該距離等于，例如，4.25d。
前端表面34,36具有0.25和5d之間的橫向尺寸或寬度尺寸，該尺寸等于，例如，3.25d。
由于本發明的流體振蕩器的簡化了的形式，大量生產所述振蕩器比較簡單，這從而使得有可能確保形狀的可再現性并相應地確保測量的可重復性。
此外，本發明的流體振蕩器的簡化了的形式增加了抵抗由于在振蕩器上累積氣流攜帶的灰塵所造成的污染問題的能力。
圖4的流體振蕩器能用位于腔32內部射流的清掃極點處的兩個測壓孔(pressure tapping)測量通過它的氣流(或另一種流體，例如水)。把這些測壓孔與能夠測量射流的振蕩頻率的已知設備連接。預先調節使得有可能使頻率與流動(flow)相聯系。
也可利用熱或超聲波傳感器來測量射流的振蕩頻率。
也可把這些傳感器放置在開口22和阻體28之間形成流體振蕩器的蓋的上壁(圖4中未表示)處，或者甚至放置在所述流體振蕩器的下壁。
用圖4中所示的虛線表示這些傳感器的位置。
圖5a和5b所示的曲線表示現有技術的流體振蕩器(圖5a)和本發明的振蕩器(圖5b)根據雷諾數對氣流測量所獲得的相對誤差E的可比較的結果。
圖6a,6b和6c表示根據涉及穩流，過渡和湍流狀態的不同工作條件的圖4的流體振蕩器。
在每幅圖上，都在同一側表示射流的振蕩，以便于理解該現象。
當射流振蕩時，兩個主渦流T1和T2位于射流的兩側。
因此，對這三幅圖的比較清楚地表明，通過增加雷諾數，位于前端表面34和表面26c之間的主渦流T1的徑向擴張增大。
假定射流的振蕩頻率與渦流在其徑向擴張中的轉動速度成正比，當雷諾數增加時，擴張增大而射流的最大速度減小，從而使頻率恒定。
權利要求
1．相對于縱向對稱平面(P)對稱的流體振蕩器(20)，包括用來形成相對于對稱平面(P)橫向振蕩的二維射流的流體入口(22)，和在其中形成位于所述流體入口(22)對面的腔(32)并由振蕩的射流清掃腔的阻體(28)，其特征在于阻體(28)具有包括構成腔(32)的兩個基本上平的前端表面(34,36)的前壁(30)，每個表面的平面大致與對稱平面(P)垂直，所述腔(32)由在連接每個所述前端表面(34,36)的點(A1,A2)處大致與所述平面(P)平行的表面限定，阻體(28)還具有兩個側壁(38,40)，其側面在它們中的每個面連接相應的前端表面的點(B1,B2)處大致與對稱平面(P)平行。
2．根據權利要求1所述的流體振蕩器，其中使腔(32)的表面成形為能引導射流進入所述腔并防止在所述腔內部產生回流現象。
3．根據權利要求1或2所述的流體振蕩器，其中在射流的振蕩平面內腔(32)的表面具有半圓形狀。
4．根據權利要求1或2所述的流體振蕩器，其中在射流的振蕩平面內腔(32)的表面具有大致為拋物線的外形。
5．根據權利要求1到4之一所述的流體振蕩器，包括與流體入口(22)相連并放置所述阻體(28)的振蕩室(26)，所述室(26)具有位于所述流體入口(22)兩側的前端表面對面的并且有與所述前端表面大致平行的表面的壁(26c,26d)。
6．根據權利要求1所述的流體振蕩器，其中阻體(28)的側面(38,40)基本上與對稱平面(P)平行。
7．根據權利要求1到6之一所述的流體振蕩器，其中阻體(28)具有由大致與對稱平面(P)垂直的后表面形成的后壁(42)。
8．根據權利要求5所述的流體振蕩器，其中阻體(28)占據振蕩室(26)的主要部分。
9．根據權利要求1到8之一所述的流體振蕩器，其中腔(32)具有離流體入口(22)最遠的一個部分，流體入口(22)具有橫向尺寸d，所述部分位于離所述入口4d和8d之間的距離處。
10．根據權利要求1到9之一所述的流體振蕩器，其中腔(32)的橫向尺寸在2.5d和6.5d之間，d是流體入口(22)的橫向尺寸。
11．根據權利要求1到10之一所述的流體振蕩器，其中前端表面(34,40)位于離具有橫向尺寸d的流體入口(22)2.25d和6.25d之間的縱向距離處。
12．根據權利要求1到11之一所述的流體振蕩器，其中在腔(32)離流體入口(22)最遠的部分和阻體的后壁(42)之間的縱向尺寸在0.05d和2d之間，d是流體入口(22)的橫向尺寸。
13．根據權利要求1到12之一所述的流體振蕩器，其中前端表面(34,36)具有0.25d和5d之間的橫向尺寸，d是流體入口(22)的橫向尺寸。
全文摘要
本發明涉及一種流體振蕩器(20),它相對于縱向對稱平面(P)對稱,包括用來形成相對于對稱平面(P)橫向振蕩的二維射流的流體入口(22),和其中配置了與所述流體入口(22)相對并由振蕩的射流清掃的腔(32)的阻體(28),其特征在于阻體(28)具有前壁(30),前壁具有大體上平的并構成腔(32)的兩個所謂的前端表面(34,36),每個表面的平面大體上與對稱平面(P)垂直,所述腔(32)由在與每個所述前端表面相連接的點(A1,A2)處大體上與所述平面(P)平行的表面限定,阻體(28)還具有兩個側壁(38,40),其側面在它們之中的每個面連接相應的前端表面的點(B1,B2)處大體上與對稱平面(P)平行。
文檔編號G01F1/32GK1214761SQ9719326
公開日1999年4月21日 申請日期1997年3月6日 優先權日1996年3月15日
發明者安德魯·帕里, 菲利普·霍克奎特 申請人:施藍姆伯格工業公司