CN101498329B

CN101498329B - 一种平面旋流发生器

Info

Publication number: CN101498329B
Application number: CN2009101110489A
Authority: CN
Inventors: 林麒; 黄印阳; 潘波; 沈锦明
Original assignee: Xiamen University
Current assignee: Xiamen University
Priority date: 2009-02-13
Filing date: 2009-02-13
Publication date: 2011-05-11
Anticipated expiration: 2029-02-13
Also published as: CN101498329A

Abstract

一种平面旋流发生器，涉及一种发生器。提供一种结构较为简单，可形成平行于平面或物体表面旋流的平面旋流发生器。设有底板和交流电源，在底板上、下表面分别覆有至少4条上、下表面电极，上、下表面电极均为呈同向弯曲的弧线状的弧形电极，上、下表面电极沿圆周方向呈成对等间距交错辐射状排布；各上表面电极电连接，各下表面电极电连接，各上表面电极和各下表面电极分别与交流电源两个输出端电连接；在底板下表面与下表面电极上设有电介质材料覆盖层。

Description

一种平面旋流发生器

技术领域

本发明涉及一种发生器，尤其是涉及一种平面旋流发生器。

背景技术

边界层分离的控制是流动控制的重要部分，方法有多种，其主要的指导思想是增大边界层内流体的运动能量，提高其抵抗分离的能力以抑制分离。射流、涡流发生器等都是克服边界层分离的有效方法。但是大多数射流都需要额外气源，而且组件较多，结构复杂，加工难度大或加工量大。而涡流发生器多需要机械结构件，当边界层没有发生分离时，反而会对流动产生负面影响。生产中也常会遇到掺混物料的需求，已有的方法往往需要结构复杂的机构和动力。

公开号为CN1165936的发明专利申请公开一种用于炉内燃烧器及过热空气通道的旋流叶片，包括一个具有根部及一个从叶片部件低压侧根部垂直伸出的延长部分的板状叶片部件。该延长部分可使叶片低压侧旋涡的形成和增长减小，且提高了流动效率，降低了跨过叶片的压力损失。

公开号为CN1493407的发明专利申请公开一种平面螺线陶瓷整体旋流管，其旋风子、排气管和2～10片螺旋进气导向叶片由陶瓷整体烧结而成，每片螺旋进气导向叶片盘旋在排气管上的旋转角度为80°～100°，它克服了现有陶瓷单组管旋风子内壁错位使含尘气流产生涡流的弊病，加大了螺旋进气导向叶片的旋转角度，增强了对含尘气流的导向作用，因而使其制成的立式陶瓷多管除尘器提高了除尘效率。

倪亚琴(倪亚琴.涡流发生器研制及其对边界层的影响研究[J].空气动力学学报，1995，13(1)：110-116)介绍了叶片式涡流发生器的造型、机理和对边界层流动控制的应用。

以上能够造成旋流的发生器都需要机械结构件，有的本身结构还很复杂，而且无法形成平行于平面或物体表面的旋流；而能对边界层流动进行控制的涡流发生器虽能达到目的，但对无分离的流动也带来负面的影响。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的某些能够形成旋转流动的发生装置所存在的结构较为复杂，无法形成平行于平面或物体表面的旋流，而能对边界层流动进行控制的涡流发生器虽能达到目的，但对无分离的流动也带来负面影响等不足，提供一种结构较为简单，可形成平行于平面或物体表面旋流的平面旋流发生器。

本发明设有底板和交流电源，在底板的上表面覆有至少4条上表面电极，在底板的下表面覆有至少4条下表面电极，上表面电极和下表面电极均为呈同向弯曲的弧线状的弧形电极，上表面电极和下表面电极沿圆周方向呈成对等间距交错辐射状排布；同一对弧形电极的上表面电极和下表面电极的尺寸满足以下关系：D₁＞D₂，且D₂＞d₁和D₁-D₂＞D₂-(d₁+d₂)；D₁为相邻上表面电极之间的距离，D₂为同一对电极的上表面电极与下表面电极相背的两侧之间的距离，d₁为同一对电极的上表面电极的宽度，d₂为同一对电极的下表面电极的宽度；各上表面电极电连接，各下表面电极电连接，各上表面电极和各下表面电极分别与交流电源两个输出端电连接；在底板下表面与下表面电极上设有电介质材料覆盖层。

所述底板最好为绝缘电介质平板，绝缘电介质平板最好选自陶瓷平板、聚四氟乙烯平板或环氧树脂平板等；底板的厚度最好≥0.5mm，上表面电极厚度最好为0.05～0.15mm，下表面电极厚度最好为0.05～0.15mm。所述弧形电极最好为圆弧形电极。所述上表面电极和下表面电极也可均为同向弯曲的其它曲线。

所述电介质材料覆盖层的厚度最好大于5倍下表面电极厚度，足以覆盖下表面电极，并防止电介质材料层下方产生气体放电。各弧形电极的末端距底板边缘的距离最好＞10mm。

交流电源的输出电压最好为3～10KV，频率最好为10～20KHz。

各上表面电极最好通过设在底板上表面的中心圆电极电连接，各下表面电极最好通过设在底板下表面的中心圆电极电连接。

由于上表面电极和下表面电极是弧形曲线，且呈辐射状排布，因此对确定的一对电极，D₁、D₂的值会因在不同部位取剖面而不同，在设计时d₁、d₂也可视电极条排布的具体情况而改变，如靠近圆心处较细些，远离圆心处较宽些，但都必须满足上述尺寸关系；所有的上表面电极和下表面电极均为同向弯曲的弧线，弧线可取圆弧的一段，也可取其它曲线的一段，但为了保证产生所需方向的旋流，各上表面电极和下表面电极必须具有相同朝向，而且只能是围绕底板中心单向弯曲。

本发明是一种大气压介质阻挡放电产生旋流的装置，当在底板上表面电极和下表面电极之间加载高压交流电时，底板上表面发生气体放电，产生定向气流(参见图3)。电介质材料覆盖层的作用是防止底板的下表面也出现气体放电。根据图3的气体放电产生定向流动的原理，当本发明放电时，会产生平行于底板上表面且垂直于上表面电极和下表面电极的流动，从而在底板表面形成绕圆心的平面旋流(参见图4和图5)。本发明的旋流应用的场合可以很多，例如可用于流动边界层的主动控制，也可用于微细颗粒状物体的掺混，等等。

本发明形成旋流的原理是利用绝缘电介质平板上下电极条之间的大气压介质阻挡放电产生定向流动的气流自然形成平行于平板的旋流。其突出优点是：(1)可方便地改变旋流强度，当需要改变旋流强度时，只需改变加载电源的输出电压或频率；(2)组成结构简单，制作方便，在产生旋流的表面不需要形成旋流的机械结构；(3)旋流的方向由上表面电极和下表面电极的弧形弯曲方向及其交错排布方式所决定，可形成逆时针或顺时针方向的平面旋流；(4)不需要额外气源，也不需要泵和管道等机械部件；(5)可根据对旋流强度的需求，通过调整上表面电极和下表面电极的布置尺寸、弯曲形状和选择底板材料设计。其技术效果是能够在平面壁上产生平行于壁面的旋流，旋流的流量和速度可方便地通过改变电源参数进行调节。

本发明的使用方法：可将本发明布置在物体表面需要平面旋流的地方，将其附着于物体表面。

本发明可在常压环境下工作，所用高压交流电源可采用市售产品。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图。

图2为图1的A-A剖面结构示意图。

图3为本发明实施例依据的大气压介质阻挡放电产生定向气流的示意图。在图3中，放电引起的气流方向为P。

图4为本发明实施例1工作时形成平面旋流(逆时针方向)的示意图。

图5为本发明实施例2工作时形成平面旋流(顺时针方向)的示意图。

具体实施方式

实施例1

参见图1～4，本发明设有底板1和高压交流电源V，底板1为绝缘电介质平板，在底板1的上表面和下表面均匀覆有9对弧形上表面电极2和下表面电极3，上表面电极2和下表面电极3均呈弧线状，沿圆周方向呈成对等间距交错辐射状排布。从图2上看，同一对弧形电极的上表面电极和下表面电极的尺寸为D₁＞D₂，且D₂＞d₁和D₁-D₂＞D₂-(d₁+d₂)，D₁为相邻上表面电极2之间的距离，D₂为同一对弧形电极的上表面电极2与下表面电极3相背的两侧之间的距离，d₁为同一对弧形电极的上表面电极2的宽度，d₂为同一对弧形电极的下表面电极3的宽度；所有电极的弧线均为相同的半圆弧线，半圆弧的直径为35mm，d₁＝d₂＝1mm；底板直径为90mm，其上下表面的中心圆形电极内径均为10mm，宽度为1mm。由于上表面电极和下表面电极分别与上下表面中心圆形电极条相切，且呈辐射状排布，因此从中心圆形电极顺弧形电极条的弯曲方向，D₁、D₂是逐渐增大的，直至末端部，D₂＝5mm。各上表面电极2电连接，各下表面电极3电连接，再与高压交流电源V的两个输出端电连接。实际应用时D₁，D₂，d₁，d₂等的具体尺寸可根据需要给定，但必须满足上述规定的各尺寸间的关系。上述中心圆形电极可缩成一个直径较小的圆斑。

底板1选自陶瓷平板、聚四氟乙烯平板或环氧树脂平板。底板1的厚度H≥0.5mm，弧形的上表面电极2厚度h₁为0.05～0.15mm，弧形的下表面电极3厚度h₂为0.05～0.15mm。

在底板1下表面与下表面电极条上设有电介质材料覆盖层4，电介质材料覆盖层4的厚度h大于5倍下表面电极3厚度h₂，足以覆盖下表面电极3，并防止电介质材料覆盖层4下方出现气体放电现象。

各弧线电极的末端距底板1边缘的距离＞10mm。

高压交流电源V的输出电压为3～10KV，频率为10～20KHz。

当电路接通时，同对电极中的上表面电极2靠下表面电极3的一侧发生气体放电现象，使得底板1上表面的空气向下表面电极一侧流动(参见图3)，从而在底板1上表面产生平行于板面的逆时针方向的旋转气流(参见图4，箭头指向方向S为气流旋转方向)。

实施例2

参见图5，底板1直径为100mm，厚度H≥0.5mm。上表面电极2和下表面电极3均为圆弧段，分成3圈均匀排布在底板1两侧。各圈上表面电极2和下表面电极3分别与一个圆形电极电连接。各圈上的上表面电极2和下表面电极3沿圆形电极上下交错排布。底板1的上表面的内圈圆形电极21的内径为20mm，中间圈圆形电极22的内径为45mm，外圈圆形电极23的内径为70mm。底板1的下表面的内圈圆形电极31的内径为10mm，中间圈圆形电极32的内径为35mm，外圈圆形电极33内径为60mm。所有电极2、3、21、22、23、31、32、33的宽度均为1mm。上表面电极2和下表面电极3均为半径为8mm的圆弧段，D₁由各圈电极的对数决定，D₂＝3.5mm。当发生器工作时，将在底板1上表面产生顺时针方向的平面旋流，图5中的箭头指向Q为旋流的方向。

Claims

1.一种平面旋流发生器，其特征在于设有底板和交流电源，在底板的上表面覆有至少4条上表面电极，在底板的下表面覆有至少4条下表面电极，上表面电极和下表面电极均为呈同向弯曲的弧线状的弧形电极，上表面电极和下表面电极沿圆周方向呈成对等间距交错辐射状排布；同一对弧形电极的上表面电极和下表面电极的尺寸满足以下关系：D₁＞D₂，且D₂＞d₁和D₁-D₂＞D₂-(d₁+d₂)；D₁为相邻上表面电极之间的距离，D₂为同一对电极的上表面电极与下表面电极相背的两侧之间的距离，d₁为同一对电极的上表面电极的宽度，d₂为同一对电极的下表面电极的宽度；各上表面电极电连接，各下表面电极电连接，各上表面电极和各下表面电极分别与交流电源两个输出端电连接；在底板下表面与下表面电极上设有电介质材料覆盖层。

2.如权利要求1所述的一种平面旋流发生器，其特征在于所述底板为绝缘电介质平板。

3.如权利要求2所述的一种平面旋流发生器，其特征在于绝缘电介质平板选自陶瓷平板、聚四氟乙烯平板或环氧树脂平板。

4.如权利要求1或2所述的一种平面旋流发生器，其特征在于底板的厚度≥0.5mm。

5.如权利要求1所述的一种平面旋流发生器，其特征在于所述弧形电极为圆弧形电极。

6.如权利要求1所述的一种平面旋流发生器，其特征在于上表面电极厚度为0.05～0.15mm，下表面电极厚度为0.05～0.15mm。

7.如权利要求1所述的一种平面旋流发生器，其特征在于所述电介质材料覆盖层的厚度大于5倍下表面电极厚度。

8.如权利要求1所述的一种平面旋流发生器，其特征在于各弧线状的弧形电极的末端距底板边缘的距离＞10mm。

9.如权利要求1所述的一种平面旋流发生器，其特征在于交流电源的输出电压为3～10kV，交流电源的频率为10～20kHz。

10.如权利要求1所述的一种平面旋流发生器，其特征在于所述各上表面电极电连接是通过设在底板上表面的中心圆电极电连接；所述各下表面电极电连接是通过设在底板下表面的中心圆电极电连接。