CN104266396B - 用于搅拌式风力致热装置的搅拌盘 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于搅拌式风力致热装置的搅拌盘，由圆盘和圆柱体组成，圆盘上面从外沿至内设置沿圆周排列的圆柱体，用于形成流场中的微小涡流，增强搅拌致热。圆柱体在圆盘上所占面积为圆盘面积的38%‑40%。圆柱体的高度为5~20毫米，直径为1~3毫米。当流体绕流圆柱体，形成微小涡流时，圆盘上面布置的圆柱体，满足流体雷诺数Re>2000。本发明的搅拌盘用于搅拌桶不仅能使流体循环流动，而且能使流体湍流扩散。当流体流动处于湍流过程时，流场中许多各种尺寸的微小涡流碰撞，破碎，扩散，使机械能转化成热能，达到增强搅拌致热的目的。

Description

用于搅拌式风力致热装置的搅拌盘
技术领域
本发明涉及一种利用风力直接致热系统，尤其是一种用于搅拌式致热装置的搅拌盘。
背景技术
资源与环境是人类赖以生存与发展的基本条件。现今世界能源结构中所利用的能源基本上都是化石能源，化石能源在使用过程中会污染环境，而且是不可持续发展。
风能是近期内最有可能大规模开发利用的一种能源，风能是洁净的可持续使用的。利用风能发电已得到长足发展，但许多场合最终需要的能源形式是热能，如浴池、家庭、宾馆等的供热水或取暖系统需要的是低品位的热能。如将风能转换成电能再转变成热能，不仅设备复杂、费用高，效率也低。而利用风力直接致热效率要高许多，最高可超过40%，这是所有风能利用形式中转换效率最高的一种风能利用形式。目前风力直接致热方式有如下四种：
液压式：风力机输出轴驱动液压泵旋转。液压和阻尼孔配合进行致热。特点是稳定，工质宜在油类中选择。
压缩空气：风力机带动空气压缩机。成本低，安全，简单，效率高，适应压力范围广。缺点是压力有脉动。
固体摩擦致热：风力机输出轴驱动摩擦片，利用摩擦生成热能。结构简单，但有磨损。
搅拌液体致热：风力机驱动搅拌器转子，转子叶片搅拌液体容器中的载热介质。价格便宜，体积小，功率系数大。此种方法效率最高。
在搅拌式致热装置中，搅拌盘是关键的发热元件。因此，需要根据流体力学中涡耗散的原理而设计一种搅拌盘。
发明内容
本发明是要提供一种用于搅拌式风力致热装置的搅拌盘，根据搅拌致热的机理，达到最大的产生热能的目的。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种用于搅拌式风力致热装置的搅拌盘，由圆盘和圆柱体组成，其特点是：圆盘上面从外沿至内设置沿圆周排列的圆柱体，用于形成流场中的微小涡流，增强搅拌致热。
圆柱体在圆盘上所占面积为圆盘面积的38%-40%。圆柱体的高度为5~20毫米，直径为1~3毫米。当流体绕流圆柱体，形成微小涡流时，圆盘上面布置的圆柱体，满足流体雷诺数Re> 2000。
本发明的有益效果是：本发明的搅拌盘用于搅拌桶不仅能使流体循环流动，而且能使流体湍流扩散。当流体流动处于湍流过程时，流场中许多各种尺寸的微小涡流碰撞，破碎，扩散，使机械能转化成热能，达到增强搅拌致热的目的。
附图说明
图1是本发明的结构立体示意图；
图2是本发明的圆盘上面圆柱体布置示意图；
图3是流体绕流过圆柱体后旋涡脱落示意图；
其中：（a）是圆柱体面附近出现与主流方向相反的回流；（b）是圆柱体后部的一对旋涡开始出现不稳定地摆动；（c）圆柱体后面形成有一定规则的、交叉排列的涡列；（d）、（e）为紊流尾流，卡门涡街会不断消失在紊流尾流中。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1，2所示，一种用于搅拌式风力致热装置的搅拌盘，由圆盘1和圆柱体2组成。
本发明的搅拌盘分为两个部分，下面为圆盘1，在圆盘1上有许多细小的圆柱体2，如图1，2所示。圆柱体验生活的高度约为5~20毫米，直径为1~3毫米，其确切的高度和直径以圆盘转动时，圆柱体2不发生过大摆动为准。圆柱体2的个数与下面的圆盘1面积大小有关。
圆盘1上面从外沿至内设置沿圆周排列的圆柱体2，用于形成流场中的微小涡流，增强搅拌致热。圆柱体2的个数与下面的圆盘1面积大小有关。 圆柱体2在圆盘1上所占面积为圆盘1面积的38%-40%。一般取圆柱体2所占面积为圆盘1面积的39%左右，并尽量布置在圆盘1的外沿，如图2所示。圆柱体2的高度为5~20毫米，直径为1~3毫米。当流体绕流圆柱体2，形成微小涡流时，圆盘1上面布置的圆柱体2，满足流体雷诺数Re> 2000。
搅拌桶内不仅要有一定的体积循环流动，而且必须有很强的湍流扩散作用。当流动处于湍流过程时，流场中许多各种尺寸的微小涡流碰撞，破碎，扩散，使机械能转化成热能，达到增强搅拌致热的目的。因此，为了增强搅拌致热，本发明的搅拌盘应该是增加流场中的微小涡流。
由图3可知，当流体绕流圆柱体时，会出现边界层分离现象：物面上的边界层在某个位置开始脱离物面，并在圆柱体面附近出现与主流方向相反的回流，如图3（a）所示。在流体雷诺数大约Re = 40起，圆柱后部的一对旋涡开始出现不稳定地摆动，如图3(b)所示。流体雷诺数大约到Re=70起，旋涡交替地从圆柱上脱落，两边的旋涡旋转方向相反，随流而下，在圆柱后面形成有一定规则的、交叉排列的涡列，即卡门涡街，如图3（c）所示。绕流圆柱体形成的卡门涡街尾流，当流体雷诺数Re约大于300时为紊流尾流，卡门涡街会不断消失在紊流尾流中，如图3（d）、（e）所示。所以，本发明的搅拌盘的设计思路为在一定厚度的圆盘上固定一定高度的小圆柱体。
假定在原来搅拌叶片的半径范围内布置小圆柱，同样的转速400RPM工况下，流体的运动粘度，圆柱体直径为5mm，布置在半径为45~90mm的范围内，则流体的雷诺数范围为：
该流体雷诺数在图3（c）范围内，这样的圆柱体布置会在其后形成微小涡流，因此，在一定厚度圆盘上固定一定高度小圆柱体的设计思路是可行的。

Claims (1)

1.一种用于搅拌式风力致热装置的搅拌盘，由圆盘(1)和圆柱体(2)组成，其特征在于：所述圆盘(1)上面从外沿至内设置沿圆周排列的圆柱体(2)，用于形成流场中的微小涡流，增强搅拌致热；所述圆柱体(2)在圆盘(1)上所占面积为圆盘(1)面积的38%-40%；所述圆柱体(2)的高度为5~20毫米，直径为1~3毫米；当流体绕流圆柱体(2)，形成微小涡流时，所述圆盘(1)上面布置的圆柱体(2)，满足流体雷诺数Re> 2000。
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