CN104769367B - 流体搬运装置以及流体搬运方法 - Google Patents

Abstract

提供一种能够从喷出部向空间内喷出气体或液体等的被搬运流体，一边抑制从喷出部至分离的目标位置的扩散一边在局部进行搬运的流体搬运装置以及流体搬运方法。在本发明中，通过从喷出口(2a)向空间内喷出搬运流体(F0)来形成涡环(4)，并且以比搬运流体(F0)的中心的速度低的速度向搬运流体(F0)的外侧供给被搬运流体(F1)，由此，被搬运流体(F1)在喷出口(2a)直接容纳至因搬运流体(F0)上卷而形成的涡环(4)内，与涡环(4)一起被搬运。

Description

流体搬运装置以及流体搬运方法

技术领域

本发明涉及一种流体搬运装置以及流体搬运方法，在该流体搬运装置以及流体搬运方法中，从喷出部向空间内喷出气体或液体等被搬运流体，并且一边在喷出部至分离的目标位置之间抑制扩散，一边在局部进行搬运。

背景技术

作为向空间中从吹出口向目标位置吹出被搬运气体来使该被搬运气体到达目标位置的气体搬运方法，例如，在专利文献1中公开了如下的方法，即，在空间中，使从吹出口吹出的被搬运气体，以环状且以在与该环状的周向垂直的截面中环状形成气体围绕截面中心部以涡流状旋转而形成的涡环的状态，向目标位置行进的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开平7-332750号公报

发明内容

发明要解决的问题

在上述以往的方法中，使被搬运气体自身以脉冲状的流量变动从吹出口吹出，由此使形成涡环且使被搬运气体容纳至涡环内的动作同时进行，但是在该方法中，实际不能够将被搬运气体连续地容置在涡环内。即，在以往的方法中，难于一边抑制扩散一边连续地将被搬运气体搬运至分离的目标地点。

因此，本发明的目的在于提供一种从喷出部向空间内喷出气体或液体等被搬运流体，且能够一边在喷出部至分离的目标位置之间抑制扩散一边在局部进行搬运的流体搬运装置以及流体搬运方法。

用于解决问题的手段

本发明的流体搬运装置具有：喷出部，从喷出口向空间内喷出搬运流体来形成涡环；被搬运流体供给单元，以比搬运流体的中心的速度低的速度向搬运流体的外侧供给被搬运流体。另外，本发明的流体搬运方法，其特征在于，通过从喷出口向空间内喷出搬运流体来形成涡环，并且以比搬运流体的中心的速度低的速度向搬运流体的外侧供给被搬运流体。

根据这些发明，以比搬运流体的中心的速度低的速度向搬运流体的外侧供给的被搬运流体在喷出口直接容纳至因搬运流体上卷而形成的涡环内，与涡环一起被搬运。

在此，优选被搬运流体供给单元为沿着喷出部的壁面喷出被搬运流体的流路。由此，以沿着喷出部的壁面喷出的被搬运流体为中心，在喷出口借助搬运流体上卷而形成涡环，由此将被搬运流体容置在涡环的中心部。

另外，在将被加热的流体或被冷却的流体搬运至目标位置时，被搬运流体供给单元能够借助设置在喷出部的壁面上的加热源或冷却源形成所述被搬运流体。由此，通过设置在喷出部的壁面上的加热源或冷却源对用于形成涡环的搬运流体加热或冷却，由此，该搬运流体的被加热或冷却的部分被卷入中心形成涡环。

另外，本发明的其他的流体搬运装置具有：第一喷出口，在成为层流喷射流的条件下喷出被搬运流体；第二喷出口，以包围第一喷出口的外周部的方式，以第一喷出口的内接圆的直径的1/2以下的宽度形成环状，以环状喷射流喷出第二流体。

另外，本发明的另外的流体搬运方法，其特征在于，在成为层流喷射流的条件下从第一喷出口喷出被搬运流体，并且，通过以包围第一喷出口的外周部的方式且以第一喷出口的内接圆的直径的1/2以下的宽度形成环状的第二喷出口，以环状喷射流喷出第二流体。

根据这些发明，从第二喷出口喷出的环状喷射流发挥气屏的作用，抑制在成为层流喷射流的条件下从第一喷出口喷出的被搬运流体(以下，还称为“主喷射流“)的扩散，因此能够将被搬运流体保持在环状喷射流内不变来在局部进行搬运。

在此，优选在将从第一喷出口喷出的被搬运流体(主喷射流)的速度(从第一喷出口喷出的被搬运流体的体积流量除以第一喷出口的截面积)作为U_m，将从第二喷出口喷出的第二流体(环状喷射流)的速度(从第二喷出口喷出的第二流体的体积流量除以第二喷出口的截面积)作为U_a时，0.25≤U_a/U_m≤2。更优选，U_a/U_m≤1。

最佳的速度比根据主喷射流的速度而发生变化，但是在实用范围内的喷出速度中，为了直到相对于第一喷出口的直径D的10D的被搬运距离为止都能够完全防止扩散，成为0.25≤U_a/U_m≤2。此外，U_a/U_m＝0.75是直到目标距离将被搬运流体保持在环状喷射流内不变且能够在局部进行搬运的最佳的速度比。此外，在成为U_a/U_m≥1时，环状喷射流作为气屏的功能逐渐降低，在U_a/U_m＞2时几乎不发挥功能。另外，在U_a/U_m＜0.25时，虽然能够抑制扩散，但是不能够直到10D的被搬运距离为止完全防止扩散。

发明效果

根据本发明的流体搬运装置以及流体搬运方法，通过从喷出口向空间内喷出搬运流体来形成涡环，并且以比搬运流体的中心的速度低的速度向搬运流体的外侧供给被搬运流体，使以比搬运流体的中心的速度低的速度向搬运流体的外侧供给的被搬运流体在喷出口直接容纳至因搬运流体上卷而形成的涡环内，从而一边从喷出口至分离目标位置抑制被搬运流体与涡环一起扩散，一边在局部进行搬运。

另外，在本发明的其他的流体搬运装置以及流体搬运方法中，在成为层流喷射流的条件下，从第一喷出口喷出被搬运流体，通过以包围第一喷出口的外周部的方式且以第一喷出口的内接圆的直径的1/2以下的宽度形成环状的第二喷出口，以环状喷射流喷出第二流体，由此环状喷射流发挥气屏的功能，抑制被搬运流体的扩散，将被搬运流体保持在环状喷射流内不变来在局部进行搬运。

附图说明

图1是构成本发明的第一实施方式的流体搬运装置的喷嘴的喷出口附近的结构的剖视放大图。

图2是图1的喷嘴的B-B'剖视图。

图3A是表示图1的喷嘴的前端部的变形例的A部放大图。

图3B是表示图1的喷嘴的前端部的变形例的A部放大图。

图4A是表示图1的流体搬运装置搬运流体的方式的说明图。

图4B是表示图1的流体搬运装置搬运流体的方式的说明图。

图4C是表示图1的流体搬运装置搬运流体的方式的说明图。

图5是构成本发明的第二实施方式的流体搬运装置的喷嘴的喷出口附近的结构的剖视放大图。

图6是构成本发明的第三实施方式的流体搬运装置的喷嘴的喷出口附近的结构的剖视放大图。

图7A是表示用于供给图6的被搬运流体的喷嘴的例子的纵剖视图。

图7B是表示用于供给图6的被搬运流体的喷嘴的例子的纵剖视图。

图8是构成本发明的第四实施方式的流体搬运装置的喷嘴的喷出口附近的结构的剖视放大图。

图9是构成本发明的第五实施方式的流体搬运装置的喷嘴的喷出口附近的结构的剖视放大图。

图10是构成本发明的第六实施方式的流体搬运装置的喷嘴的喷出口附近的结构的剖视放大图。

图11A是用于本发明的实施例的数值模拟实验的计算网格模型的外观图。

图11B是用于本发明的实施例的数值模拟实验的计算网格模型的外观图。

图11C是用于本发明的实施例的数值模拟实验的计算网格模型的外观图。

图12是用作本发明的实施例的喷射流的流量变动的波形图。

图13A是表示利用无量纲涡度分布的水中的涡环(水涡环)的形成过程的图。

图13B是表示利用无量纲涡度分布的水中的涡环(水涡环)的形成过程的图。

图13C是表示利用无量纲涡度分布的水中的涡环(水涡环)的形成过程的图。

图14A是表示涡环到达位置的相位变化的图。

图14B是表示涡环直径的相位变化的图。

图15A是表示利用无量纲涡度分布的空气中的涡环(空气涡环)的形成过程的图。

图15B是表示利用无量纲涡度分布的水中的涡环(水涡环)的形成过程的图。

图16是表示涡环的无量纲循环与脉动喷射流的斯特劳哈尔数Str之间的关系的图。

图17A是表示涡环的循环为最大的脉动条件下的空气涡环的形成过程的图。

图17B是表示涡环的循环为最大的脉动条件下的空气涡环的形成过程的图。

图18A是表示用于将热流体向涡环内容纳的方法的概略图。

图18B是表示用于将热流体向涡环内容纳的方法的概略图。

图18C是表示用于将热流体向涡环内容纳的方法的概略图。

图19A是表示热流体向涡环内容纳的结果的图。

图19B是表示热流体向涡环内容纳的结果的图。

图19C是表示热流体向涡环内容纳的结果的图。

图19D是表示热流体向涡环内容纳的结果的图。

图19E是表示热流体向涡环内容纳的结果的图。

图20是表示方法4的情况下的涡环中心点温度与涡环的到达距离之间的关系的图。

图21是构成本发明的第七实施方式的流体搬运装置的双喷嘴的喷出口附近的结构的剖视放大图。

图22是表示从图21的双喷嘴的前端部喷出的流体的可视照片的图。

图23是表示相对于距离单喷嘴的喷出口的距离Z的速度分布的变化的说明图。

图24是表示相对于距离双喷嘴的第一喷出口、第二喷出口的距离Z的速度分布的变化的说明图。

图25是表示相对于距离双喷嘴的第一喷出口、第二喷出口的距离Z的速度分布的变化的说明图。

附图标记说明

F0 搬运流体

F1 被搬运流体

1、5、9、12、15、19 流体搬运装置

2、6、7、10、11、13、16、20 喷嘴

2a、6a、7a、10a、11a、13a、16a、20a 喷出口

2b、6b、10b、13b、16b、20b 内壁面

2c、10c、13c、16c、20c 外壁面

3、8 流路

3a、8a 喷出口

4 涡环

14、17 小空间

14a、17a 开口部

18 过滤材料

21 加热源

30 双喷嘴

31 第一喷出口

32 第二喷出口

40 单喷嘴

41 喷出口

具体实施方式

(第一实施方式)

图1是构成本发明的第一实施方式的流体搬运装置的喷嘴的喷出口附近的结构的剖视放大图，图2是图1的喷嘴的B-B'剖视图。如图1以及图2所示，本发明的第一实施方式的流体搬运装置1具有圆筒状的喷嘴2，该喷嘴2为从喷出口2a向空间内喷出搬运流体F0来形成涡环的喷出部。另外，流体搬运装置1具有沿着喷嘴2的内壁面2b喷出被搬运流体F1的流路3，该流路3为向喷出口2a附近的搬运流体F0的外侧供给被搬运流体F1的被搬运流体供给单元。

如图2所示，流路3是在圆筒状的喷嘴2的壁内形成的环状的小流路。从流路3的喷出口3a向喷嘴2的内侧的搬运流体F0的流场送出被搬运流体F1。流路3的喷出口3a距离喷嘴2的喷出口2a的距离a、流路3与喷嘴2的合流角度θ以及流路3的宽度b能够设定为任意值，但是优选以被搬运流体F1能够沿着喷嘴2的内壁面2b被搬运至喷出口2a的方式进行设定。此外，流路3可以不在整周上形成为环状，可以在局部形成流路3或隔开规定间隔设置流路3。

使由喷出口2a喷出的搬运流体F0的喷出流量随时间变动，来通过搬运流体F0连续形成涡环。流量变动的波形例如能够利用以下的周期性、间歇性或任意变动的波形。

(1)正弦波形

(2)使正弦波形的上升沿或下降沿的加速度变化的波形

(3)矩形波形

(4)三角波形

(5)梯形的波形

(6)在上述(1)～(5)的波形中在各周期间包括流量为零的停止区间的间歇状的波形

(7)将上述(1)～(6)的波形组合形成的波形

另外，能够通过使以上所示的波形的振幅、周期、间歇时间的长度以及波形的组合顺序变化，来调节形成的涡环的大小、体积、行进速度、强度(难衰减程度)以及能够到达的距离。

例如，通过在流路3的上游侧施加任意的压力进行加压，或与流体的流量变动配合一边改变流路3的上游侧的压力一边加压，以比搬运流体F0的中心的速度低的速度，从喷出口3a向搬运流体F0的外侧送出被搬运流体F1。或者，还能够在不加压的情况下，利用因喷嘴2内的流体的变动而产生的压力差送出被搬运流体F1。

还能够使从喷出口2a喷出的搬运流体F0的喷出流量恒定，在以比搬运流体F0的中心的速度低的速度的条件下，使从流路3送出的被搬运流体F1的喷出流量在搬运流体F0的外侧随时间变动，来连续形成涡环。被搬运流体F1的喷出流量的变动波形能够使用上述(1)～(7)的波形。

此外，喷嘴2的前端部可以如图1的A部所示与喷嘴2的中心轴垂直，除此之外，可以如图3A所示使外壁面2c侧形成为锥状，或者可以如图3B所示使内壁面2b侧形成为锥状。此外，为了形成完美的涡环，最优选图3A所示的形状，其次优选图1的A部所示的形状。另外，能够形成节流孔等喷出部来代替喷嘴2。

图4A～图4C是表示图1的流体搬运装置1的流体搬运方式的说明图。在一边以比搬运流体F0的中心的速度低的速度从流路3向搬运流体F0的外侧供给被搬运流体F1，一边如上所述例如间歇性地从喷出口3a向空间内喷出搬运流体F0时，如图4A所示，被搬运流体F1在喷出口3a直接容纳在因搬运流体F0上卷而形成的涡环4内，如图4B所示，与涡环4一起被搬运。通过间歇性地进行这样的搬运，如图4C所示，能够一边以规定的时间间隔在喷出口3a至分离的目标位置连续地抑制被搬运流体F1的扩散，一边在局部进行搬运。

此外，在本实施方式中，将用于喷出被搬运流体F1的流路3的喷出口3a设置在喷嘴2的内壁面2b上，但是喷出口3a能够设置在喷嘴2的外壁面2c侧，还能够设置在内壁面2b以及外壁面2c两侧。总之，只要以比搬运流体F0的中心的速度低的速度向搬运流体F0的外侧供给被搬运流体F1，在喷出口3a直接容纳至因搬运流体F0上卷而形成的涡环4内即可。

(第二实施方式)

图5是构成本发明的第二实施方式的流体搬运装置的喷嘴的喷出口附近的剖视放大图。如图5所示，本发明的第二实施方式的流体搬运装置5在圆筒状的喷嘴6的内侧还具有圆筒状的喷嘴7。搬运流体F0通过内侧的喷嘴7供给，间歇性地从喷嘴6的喷出口6a向空间内喷出。被搬运流体F1以比搬运流体F0的中心的速度低的速度，从在喷嘴6和喷嘴7之间形成的环状的流路8向搬运流体F0的外侧供给。

或者，以使喷出流量恒定的方式，从喷嘴7供给搬运流体F0，来以恒定的流量从喷嘴6的喷出口6a向空间中喷出搬运流体F0。以比搬运流体F0的中心的速度低的速度，间歇性地从环状的流路8向搬运流体F0的外侧供给被搬运流体F1。

此外，能够任意设定流路8的喷出口8a至喷嘴6的喷出口6a的距离(喷嘴7的喷出口7a至喷出口6a的距离)a以及流路8的宽度b，但是优选以能够沿着喷嘴6的内壁面6b将被搬运流体F1搬运至喷出口6a的方式进行设定。另外，从流路8送出被搬运流体F1的方法与第一实施方式相同。另外，喷嘴6、7的前端部的形状也与第一实施方式相同。

在这样的结构中，在一边以比搬运流体F0的中心的速度低的速度从流路8向搬运流体F0的外侧供给被搬运流体F1，一边间歇性地从喷出口6a向空间内喷出搬运流体F0时，被搬运流体F1在喷出口6a直接容纳在因搬运流体F0上卷而形成的涡环内，与涡环一起被搬运。通过间歇性地进行搬运，能够一边以规定的时间间隔在喷出口6a至分离的目标位置连续地抑制被搬运流体F1的扩散，一边在局部进行搬运。

或者，通过使从喷嘴7供给的搬运流体F0的喷出流量恒定，来以恒定流量从喷嘴6的喷出口6a向空间内进行喷出，并且在成为比搬运流体F0的中心的速度低的速度的条件下，间歇性地向搬运流体F0的外侧供给从流路8供给的被搬运流体F1的喷出流量，由此搬运流体F0上卷而形成涡环，并且被搬运流体F1直接容纳在涡环内。

此外，在本实施方式中，用于供给搬运流体F0的喷嘴7的喷出口7a配置在喷嘴6的喷出口6a的内侧，但是喷嘴7的喷出口7a能够配置在喷嘴6的喷出口6a的外侧，或者喷嘴7的喷出口7a和喷嘴6的喷出口6a能够配置在同一面上。此时，同样以比搬运流体F0的中心的速度低的速度从形成在喷嘴6和喷嘴7之间的环状的流路8向搬运流体F0的外侧供给被搬运流体F1，来将被搬运流体F1直接容纳至因从喷嘴7的喷出口7a向空间内喷出的搬运流体F0上卷而形成的涡环内，与涡环一起被搬运。

(第三实施方式)

图6是构成本发明的第三实施方式的流体搬运装置的喷嘴的喷出口附近的结构的剖视放大图。如图6所示，本发明的第三实施方式的流体搬运装置9，在向空间内喷出搬运流体F0的圆筒状的喷嘴10的内壁面10b上，隔开间隔设置构成用于供给被搬运流体F1的流路的喷嘴11。如图7A所示，关于喷嘴11，能够在内壁面10b上配置1个或者以规定间隔配置多个圆管形状的喷出口11a，或者如图7B所示，配置沿着内壁面10b的圆环形状的喷出口11a。

或者，以恒定流量从喷嘴10向空间中喷出搬运流体F0。在成为比搬运流体F0的中心的速度低的速度的条件下，间歇性地从喷嘴11的喷出口11a向搬运流体F0的外侧供给被搬运流体F1。

此外，能够将喷嘴11的喷出口11a至喷嘴10的喷出口10a的距离a、喷嘴10的内壁面10b至喷嘴11的喷出口11a的中央的高度c、圆环形状的喷出口11a的内径φd以及圆环形状的喷出口11的宽度e设定为任意值，但是优选以从喷嘴11的喷出口11a喷出的被搬运流体F1能够沿着喷嘴10的内壁面10b被搬运至喷出口10a的方式设定上述的各个值。另外，被搬运流体F1从喷嘴11的送出方法与第一实施方式相同。而且，喷嘴10的前端部的形状也与第一实施方式相同。

在这样的结构中，在一边以比搬运流体F0的中心的速度低的速度从喷嘴11的喷出口11a向搬运流体F0的外侧供给被搬运流体F1，一边间歇性地从喷出口10a向空间内喷出搬运流体F0时，被搬运流体F1在喷出口10a直接容纳在因搬运流体F0上卷而形成的涡环内，与涡环一起被搬运。通过间歇性地进行搬运，能够一边以规定的时间间隔在喷出口10a至分离的目标位置连续地抑制被搬运流体F1的扩散，一边在局部进行搬运。

或者，在一边以比搬运流体F0的中心的速度低的速度从喷嘴11的喷出口11a向搬运流体F0的外侧供给被搬运流体F1，一边以恒定流量从喷出口10a向空间内喷出搬运流体F0时，被搬运流体F1在喷出口10a直接容纳至因搬运流体F0上卷而形成的涡环内，与涡环一起被搬运。通过间歇性地进行搬运，能够一边以规定的时间间隔在喷出口10a至分离的目标位置连续地抑制被搬运流体F1的扩散，一边在局部进行搬运。

此外，在本实施方式中，将用于喷出被搬运流体F1的喷嘴11设置在喷嘴10的内壁面10b，但是能够将喷嘴11设置在喷嘴10的外壁面10c侧，或者设置在内壁面10b以及外壁面10c两侧。总之，只要以比搬运流体F0的中心的速度低的速度向搬运流体F0的外侧供给被搬运流体F1，在喷出口10a直接容纳至因搬运流体F0上卷而形成的涡环内即可。

(第四实施方式)

图8是构成本发明的第四实施方式的流体搬运装置的喷嘴的喷出口附近的结构的剖视放大图。如图8所示，本发明的第四实施方式的流体搬运装置12，在间歇性地向空间内喷出搬运流体F0的圆筒状的喷嘴13的壁面内设置构成用于供给被搬运流体F1的流路的小空间14。在喷嘴13的内壁面13b设置有用于从小空间14向搬运流体F0的外侧供给被搬运流体F1的孔或狭缝等开口部14a。

或者，以恒定流量从喷嘴13向空间中喷出搬运流体F0。在成为比搬运流体F0的中心的速度低的速度的条件下，间歇性地从设置在小空间14的开口部14a向搬运流体F0的外侧供给被搬运流体F1。

此外，能够将小空间14的尺寸及体积、开口部14a的尺寸、设置位置、设置间隔以及个数设定为任意值，但是优选以从开口部14a喷出的被搬运流体F1能够沿着喷嘴13的内壁面13b被搬运至喷出口13a的方式设定上述的各个值。另外，被搬运流体F1从喷嘴11的送出方法与第一实施方式相同。而且，喷嘴13的前端部的形状也与第一实施方式相同。

在这样的结构中，在一边以比搬运流体F0的中心的速度低的速度从小空间14的开口部14a向搬运流体F0的外侧供给被搬运流体F1，一边间歇性地从喷出口13a向空间内喷出搬运流体F0时，被搬运流体F1在喷出口13a直接容纳至因搬运流体F0上卷而形成的涡环内，与涡环一起被搬运。通过间歇性地进行搬运，能够一边以规定的时间间隔在喷出口13a至分离的目标位置连续地抑制被搬运流体F1的扩散，一边在局部进行搬运。

或者，在一边以比搬运流体F0的中心的速度低的速度从小空间14的开口部14a向搬运流体F0的外侧供给被搬运流体F1，一边以恒定流量从喷出口13a向空间内喷出搬运流体F0时，被搬运流体F1在喷出口13a直接容纳至因搬运流体F0上卷而形成的涡环内，与涡环一起被搬运。通过间歇性地进行搬运，能够一边以规定的时间间隔在喷出口13a至分离的目标位置连续地抑制被搬运流体F1的扩散，一边在局部进行搬运。

此外，在本实施方式中，将用于从小空间14喷出被搬运流体F1的开口部14a设置在喷嘴13的内壁面13b，但是能够设置在喷嘴13的外壁面13c侧，或者设置在内壁面13b以及外壁面13c两侧。总之，只要以比搬运流体F0的中心的速度低的速度向搬运流体F0的外侧供给被搬运流体F1，在喷出口13a直接容纳至因搬运流体F0上卷而形成的涡环内即可。

(第五实施方式)

图9是构成本发明的第五实施方式的流体搬运装置的喷嘴的喷出口附近的结构的剖视放大图。如图9所示，本发明的第五实施方式的流体搬运装置15，在间歇性地向空间内喷出搬运流体F0的圆筒状的喷嘴16的壁面内设置构成用于供给被搬运流体F1的流路的小空间17。在喷嘴16的内壁面16b设置有用于从小空间17向搬运流体F0的外侧供给被搬运流体F1的开口部17a。另外，在该开口部17a设置有由多孔质材料、纤维材料或渗透膜等构成的过滤材料18。

此外，能够将小空间17的尺寸及体积、开口部17a及过滤材料18的尺寸、设置位置、设置间隔以及个数设定为任意值，但是优选以从开口部17a经由过滤材料18喷出的被搬运流体F1能够沿着喷嘴16的内壁面16b被搬运至喷出口16a的方式设定上述的各个值。另外，被搬运流体F1的送出方法与第一实施方式相同。而且，喷嘴16的前端部的形状也与第一实施方式相同。

在这样的结构中，在一边以比搬运流体F0的中心的速度低的速度从小空间17的开口部17a经由过滤材料18向搬运流体F0的外侧供给被搬运流体F1，一边间歇性地从喷出口16a向空间内喷出搬运流体F0时，被搬运流体F1在喷出口16a直接容纳至因搬运流体F0上卷而形成的涡环内，与涡环一起被搬运。通过间歇性地进行搬运，能够一边以规定的时间间隔在喷出口16a至分离的目标位置连续抑制被搬运流体F1扩散，一边在局部进行搬运。

此外，在本实施方式中，将用于从小空间17喷出被搬运流体F1的开口部17a及过滤材料18设置在喷嘴16的内壁面16b，但是能够设置在喷嘴16的外壁面16c侧，或者设置在内壁面16b以及外壁面16c两侧。总之，只要以比搬运流体F0的中心的速度低的速度向搬运流体F0的外侧供给被搬运流体F1，在喷出口16a直接容纳至因搬运流体F0上卷而形成的涡环内即可。

(第六实施方式)

图10是构成本发明的第六实施方式的流体搬运装置的喷嘴的喷出口附近的结构的剖视放大图。本发明的第六实施方式的流体搬运装置19将被加热的流体搬运至目标位置，如图10所示，在间歇性地向空间内喷出搬运流体F0的圆筒状的喷嘴20的内壁面20b及外壁面20c设置加热源21。此外，能够将设置有加热源21的区域的尺寸、设置位置以及设置面积设定为任意值。另外，喷嘴20的前端部的形状与第一实施方式相同。

在这样的结构中，在间歇性地从喷嘴20的喷出口20a向空间内喷出搬运流体F0时，在喷嘴20的内周面20b以及外周面20c形成被加热源21加热的被搬运流体F1。另外，所形成的该被搬运流体F1在喷出口20a直接容纳至因搬运流体F0上卷而形成的涡环内，与涡环一起被搬运。通过间歇性地进行搬运，能够一边以规定的时间间隔在喷出口20a至分离的目标位置连续地抑制被搬运流体F1扩散，一边在局部进行搬运。

此外，在本实施方式中，将加热源21设置在喷嘴20的内周面20b以及外周面20c两侧，但是可以仅设置在任意一侧。总之，只要在搬运流体F0的外侧形成被加热的被搬运流体F1，以比搬运流体F0的中心的速度低的速度进行供给，在喷出口20a直接容纳至因搬运流体F0上卷而形成的涡环内即可。另外，能够设置冷却源代替加热源21，将被冷却的流体搬运至目标位置。

(第七实施方式)

图21是构成本发明的第七实施方式的流体搬运装置的双喷嘴的喷出口附近的结构的剖视放大图。如图21所示，本发明的第七实施方式的流体搬运装置具有由第一喷出口31和包围第一喷出口31的外周部而形成的环状的第二喷出口32构成的双喷嘴30。此外，在本实施方式中，第一喷出口31为圆筒状，第二喷出口32为圆环状，其中心轴与第一喷出口31同轴，其宽度为第一喷出口31的直径的1/2以下。

以层流喷射流从第一喷出口31喷出被搬运流体。具体地说，使从第一喷出口31喷出的被搬运流体的雷诺数Re(＝ρU₀D/μ＝U₀D/ν，ρ：密度，U₀：喷射流的截面平均速度，D：喷出口31的直径，μ：粘性系数，ν：运动粘性系数)大于0且小于等于2000。另一方面，以环状喷射流从第二喷出口32喷出与从第一喷出口31喷出的被搬运流体不同的第二流体。此外，第二流体也能够是与被搬运流体相同的流体。

在此，在从第一喷出口31喷出的被搬运流体的速度为U_m，从第二喷出口32喷出的第二流体的速度为U_a时，使被搬运流体的速度U_m与第二流体的速度U_a的比U_a/U_m为0.25≤U_a/U_m≤2。

图22表示从图21的双喷嘴30的前端部喷出的流体的可视照片。如图22所示，在本实施方式的流体搬运装置中，从第二喷出口32喷出的环状喷射流发挥气屏的功能，抑制以层流喷射流从第一喷出口31喷出的被搬运流体的扩散，因此能够将被搬运流体保持在环状喷射流内不变，且能够一边抑制扩散一边在局部进行搬运。

此外，被搬运流体的扩散状况随着U_a/U_m发生变化，U_a/U_m＝0.75是直到目标距离都将被搬运流体保持在环状喷射流内不变且一边抑制扩散一边在局部进行搬运的最佳速度比。在本实施方式的流体搬运装置中，能够将距离双喷嘴30的前端50cm以上的位置作为目标距离，将被搬运流体保持在环状喷射流内进行搬运。

另外，关于喷出口在流体方向上的位置，如图21所示，优选第一喷出口31的位置和第二喷出口32的位置在同一位置，但是，只要在喷出口31的直径的范围内，两者的喷出口的位置即使产生差，从第二喷出口32喷出的环状喷射流也能够发挥气屏的功能，能够抑制以层流喷射流从第一喷出口31喷出的被搬运流体的扩散。

另外，对于第一喷出口31的位置以及第二喷出口32的前端部，有时使喷嘴的外壁面侧成为锥状，或者使喷嘴的内壁面成为锥状。此外，为了抑制被搬运流体的扩散，最优选形成图21所示的形状，其次优选使喷嘴的外壁面侧形成为锥状。另外，还能够形成节流孔等喷出部来代替喷嘴。

本实施方式的流体搬运装置，以非接触的方式向手术中的患者的清洁的皮肤面搬运清洁的暖风，通过加热能够保持以往体温降低的危险性高的大范围烫伤患者的体温，有助于对患者安全地进行管理。作为同样的使用方法，还能够用于物理覆盖很少，管理容易的新型的保育箱。在进行内窥镜手术时，从内窥镜的周围搬运清洁干燥的暖风，从其外层搬运加湿后的暖风，由此对患者进行加热，防止体温降低，且防止内窥镜模糊，在生理上保持腹腔内的环境，在流动有液体的内窥镜的情况下，通过在内窥镜的视野的周围形成被温度管理的液流，能够得到体温调节效果和将妨碍视野的出血清除至视野外的效果，能够进行对患者安全地进行管理和改善手术的操作性。

另外，针对在恶劣环境下的工厂内或作业现场内的作业人员，以及在含有杂质或过敏物质的大气中活动的人，能够用作直接供给将污染物质、杂质以及过敏物质除去的新鲜的空气的空气净化装置，或能够在塑料大棚内通过点状孔隙将调温后的二氧化碳向农作物搬运，对农作物的温度进行管理和促进生长。

此外，在本实施方式中，第一喷出口31为正圆筒状，第二喷出口32是中心轴与第一喷出口31同轴的正圆环状，但是第一喷出口31以及第二喷出口32的形状不限于此。例如，能够使第一喷出口31的截面为椭圆状，使第二喷出口32为与此对应的环状，或者使第一喷出口31的截面为多边形状，使第二喷出口32为与此对应的环状。此时，第二喷出口32的宽度为第一喷出口31的内接圆的直径的1/2以下。

接着，详细说明本实施方式的双喷嘴30的速度比U_a/U_m与被搬运流体的扩散状况。

(1)层流喷射流的速度分布与被搬运流体的扩散

首先，为了进行比较，说明以层流喷射流从单喷嘴(一个喷嘴)的前端喷出被搬运流体的情况。图23是表示以层流喷射流从单喷嘴的前端喷出被搬运流体的情况下的，相对于包括喷嘴的中心轴的纵截面上的距离喷嘴喷出口的距离Z的速度分布的变化的说明图。

如图23所示，关于单喷嘴40在喷出口41(Z＝0)上的喷射流(被搬运流体)的速度分布，在0≤r≤D/2(r：距离单喷嘴40的中心轴的距离，D：喷出口41的直径)时，速度U₀相同，在单喷嘴40的内壁的外侧的r＞D/2的范围内，在微小的宽度中(图中虚线A-A'间)，速度急剧变小而成为0，其形状为与长方形(在三维下为圆柱状)相近的形状。

此时，在速度急剧变化的被搬运流体和周围的流体之间(虚线A-A'间)，因速度差而大的剪切力发挥作用，从而产生使流体混合的效果。该混合效果具有使被搬运流体向半径方向外侧(r为正的方向)扩展的作用，即，使被搬运流体扩散。另外，被搬运流体的混合效果随着向下游行进缓缓发展，由此，被搬运流体的速度从半径外侧缓缓降低，相反，周围流体的速度缓缓增加。结果，流体混合的区域的宽度(虚线A-A'间的宽度)越朝向下游越扩展(即扩散)，相反，速度与U₀的分布相同的区域的宽度变小。另外，行进至下游，在Z＝10D的位置，速度与U₀的分布相同的区域消失。由此，在下游的位置，喷射流的最大速度U₁变得比U₀小，另外被搬运流体的扩散急剧发展，虚线A-A’间的宽度急剧增加。

上述的速度分布的变化是在雷诺数Re(＝U₀D/ν)≤1500的条件下设定被搬运流体的喷出速度U₀的情况下形成的。在此，D为单喷嘴40的喷出口41的直径，ν为被搬运流体的运动粘性系数。另一方面，在将被搬运流体的喷出速度U₀设定为Re＞1500且虚线A-A'间的速度差变大的情况下，在被搬运流体和周围流体之间，非常大的剪切力发挥作用，由此流体的混合效果变强，结果被搬运流体急剧扩散。

(2)从双喷嘴喷出的喷射流的速度分布与被搬运流体的扩散

接着，说明本实施方式的双喷嘴30。

[环状喷射流速度U_a/主喷射流速度U_m≤1的情况]

图24是表示相对于从双喷嘴30的第一喷出口31使被搬运流体A以截面平均速度U_m的主喷射流(层流喷射流)，从第二喷出口32使作为第二流体的流体B以截面平均速度U_a的环状喷射流，在两喷射流的速度比U_a/U_m≤1的条件下向流体C中喷出时的距离第一、第二喷出口31、32的距离Z的速度分布的变化的说明图。

如图24所示，关于双喷嘴30的第一喷出口31(Z＝0)上的主喷射流(被搬运流体A)的速度分布，在0≤r≤D_m/2(D_m：第一喷出口31的直径)时，速度U_m1的分布相同，在r＞D_m/2时，在稍微大的宽度中(图中的虚线E-E'间)，速度急剧变小，而变为0，其形状为与长方形(在三维下为圆柱状)接近的形状。同样，关于双喷嘴30的第二喷出口(Z＝0)的环状喷射流(流体B)的速度分布，在D_m/2＜r≤D_a/2时，速度U_a1的分布相同，在r＞D_a/2时，在稍微大的宽度中速度急剧变小，而变为0，其形状为与长方形(在三维下r＜D_m/2的范围所覆盖的圆柱状)接近的形状。

此时，在环状喷射流的半径外侧(流体B与流体C的边界部)，与层流喷射流时相同，因速度差而产生的剪切力使流体产生混合效果，由于该效果，流体B向半径外侧扩散，流体C向半径内侧扩散。该混合效果随着朝向下游方向行进缓缓发展，由此，流体B的速度从半径外侧开始缓缓降低，相反，流体C的速度缓缓增加。结果，流体混合的区域的宽度(虚线E'-F间的宽度)扩大，速度与U_a1的分布相同的区域的宽度变小。

另一方面，在主喷射流和环状喷射流之间，仍然因速度差所带来的剪切力产生流体的混合效果，由此，被搬运流体A向半径外侧，流体B向半径内侧缓缓扩散。但是，在流体进行扩散时，两流体的边界部上的速度差变小，因此因速度差而产生的流体的混合效果减弱，结果，某种程度抑制两流体的扩散，能够保持扩散区域的宽度(虚线E-E'间的宽度)变小的状态。直到流体B扩散至半径外侧，持续抑制该扩散。

根据以上的结果，在通过双喷嘴，将被搬运流体A作为主喷射流，将流体B作为环状喷射流，在两喷射流的速度比U_a/U_m≤1的条件下，向流体C中喷出的情况下，直到流体B的扩散发展为止，流体B发挥与气屏相同的效果，抑制被搬运流体A的扩散，因此与以层流喷射流喷出被搬运流体A的情况相比，能够抑制将要扩散的范围。此外，即使流体B和流体C为相同物质的情况下，另外，即使被搬运流体A和流体B为相同物质的情况下，也同样能够得到如上所示的抑制被搬运流体A扩散的效果。

[1＜U_a/U_m≤2的情况]

图25是表示相对于从双喷嘴30的第一喷出口31使被搬运流体A以截面平均速度U_m的主喷射流(层流喷射流)，从第二喷出口32使作为第二流体的流体B以截面平均速度U_a的环状喷射流，在两喷射流的速度比1＜U_a/U_m≤2的条件下向流体C中喷出时的距离第一、第二喷出口31、32的距离Z的速度分布的变化的说明图。

如图25所示，关于双喷嘴30的第一、第二喷出口31、32(Z＝0)的主喷射流以及环状喷射流的速度分布的形状，除了速度的值不同之外，与U_a/U_m≤1时相似。关于主喷射流(被搬运流体A)的速度分布，在0≤r≤D_m/2时，速度U_m1的分度相同，在r＞D_m/2时，在稍微大的宽度中(图中的虚线D-D'间)，速度急剧变小，而变为0，其形状为与长方形(在三维下为圆柱状)相近的形状。同样，关于环状喷射流(流体B)的速度分布，在D_m/2＜r≤D_a/2时，速度U_a1的分布相同，在r＞D_a/2时，在稍微大的宽度的中速度急剧变小，而变为0，其形状为与长方形(在三维中r＜D_m/2的范围所覆盖的圆柱状)接近的形状。

此时，在环状喷射流的半径外侧(流体B与流体C的边界部)，在该速度比的条件下与层流喷射流的情况相同，因速度差而产生的剪切力使流体产生混合效果，由于该效果，流体B向半径外侧，流体C向半径内侧扩散。该混合效果随着朝向下游方向行进缓缓发展，由此，流体B的速度从半径外侧开始缓缓降低，相反，流体C的速度缓缓增加。结果，流体混合而形成的区域的宽度(虚线E'-F间的宽度)扩大，速度与U_a1的分布相同的区域的宽度变小。

另一方面，在主喷射流和环状喷射流之间，仍然因速度差所带来的剪切力产生流体的混合效果，由此，被搬运流体A向半径外侧，流体B向半径内侧缓缓扩散。但是，在该速度比的条件下的被搬运流体A的扩散量比U_a/U_m≤1时多。其理由为，因流体B的速度变高而引入被搬运流体A的量，即被高速度的流体B牵拉而流入流体B中的被搬运流体A的量增加。

另外，随着下游方向的位置远离第一、第二喷出口31、32，流体的扩散发展，被搬运流体A和流体B的边界部上的速度差变小，因此因速度差而产生流体的混合效果变小，结果，某种程度抑制被搬运流体A以及流体B的扩散，能够抑制扩散区域在半径方向上的扩大(虚线E-E'间的宽度的扩大)。但是，扩散区域的宽度比U_a/U_m≤1时大。直到流体B扩散至半径外侧，持续抑制该扩散。

根据以上的结果，在通过双喷嘴，将被搬运流体A作为主喷射流，将流体B作为环状喷射流，在两喷射流的速度比1＜U_a/U_m≤2的条件下，向流体C中喷出的情况下，借助与因流体B而形成的气屏相同的效果，抑制被搬运流体A扩散，与以层流喷射流喷出被搬运流体A的情况相比，能够抑制扩散的范围。但是，被搬运流体A的扩散量比U_a/U_m≤1时大。此外，即使流体B和流体C为相同物质的情况下，另外，即使被搬运流体A和流体B为相同物质的情况下，也同样能够得到如上所示的抑制被搬运流体A扩散的效果。

[2＜U_a/U_m的情况]

第一、第二喷出口31、32(Z＝0)的主喷射流以及环状喷射流的速度分布的形状，除了速度的值不同之外，与U_a/U_m≤1时相似。但是，在此条件下，环状喷射流在半径外侧形成的流体B的扩散效果，以及在主喷射流和环状喷射流之间产生的被搬运流体A以及流体B的扩散效果非常高。因此，被搬运流体A在第一喷出口31的下游1～2D程度的位置急剧扩散。

实施例

利用以下的3个数值模拟实验对本发明的流体搬运装置以及流体搬运方法进行评价。

(1)阐明通过脉动喷射流连续形成最适于输送的涡环的条件

(2)阐明有效将热流体容纳至涡环内的方法

(3)评价具有涡环的热流体的输送能力

首先，在本实施例中，利用数值模拟实验作为研究方式，因此在研究各实验项目之前，验证本模拟实验结果的妥当性。在以下所示的结果中，最初示出数值模拟实验的验证结果，之后示出各项目的研究结果。

(1)数值模拟实验结果的妥当性的验证

对本研究所使用的计算方法、计算编码、计算网格模型(computational gridmodel)以及计算条件的妥当性进行验证。在验证中，以在水中形成涡环作为验证对象，对分析结果和实验结果进行比较。

[关于数值模拟实验的方法]

表1示出与计算相关的设定条件，图11A～图11C示出在计算中使用的2种网格模型(以下，称为“整周模型”以及“轴对称模型”)的概略结构。图11A是轴对称模型图，图11B是整周模型图，图11C是整周模型的喷嘴部放大图。关于分析区域设定从喷嘴向大空间周期性地使喷射流喷出的流场，与实验环境相配合进行设定。

[表1]

整周模型是将作为分析对象的区域忠实再现的三维的网格模型，考虑实施紊流分析的情况，将计算网格的空间析像度设定得高。由此，能够详细地模拟从涡环的形成至扩散的行动变化。相对于此，轴对象模型是仅利用整周模型的1/4的区域的网格模型，通过对截面付与周期边界条件(相当于对流场付与轴对称条件)，能够短时间对三维的流场进行分析。

[关于喷射流的脉动条件]

脉动喷射流的流量变动的波形为图12所示的正弦波形。此时，表示流量变动的条件的速度振幅V₀以及周期T为涡环的形成条件，使用在条件中除了所述V₀以及T之外还利用了喷出口的直径d_n的如下的算式所表示的无量纲参数。

[计算式1]

振幅雷诺数：Re₀＝V₀d_n/ν(1)，沃斯理数：

斯特劳哈尔数：Str＝d_n/V₀T(3)

[确认实验结果的涡环的形成过程]

图13A～图13C是表示利用无量纲涡度分布的水中的涡环(以下，称为“水涡环”)的形成过程的图，利用实验结果以及2个网格模型的计算结果示出流量变动在1个周期间的涡环的形成过程中的相位变化。图13A是实验结果图，图13B是整周模型的结果图，图13C是轴对称模型的结果图。图的轮廓表示与局部区域的旋转角速度相当的涡度的分布，图中的箭头表示漩涡的旋转方向，绿色越浓旋转越快。

根据图13A的实验结果确认涡环的形成过程，在喷射流的喷出期间，形成在喷嘴内的壁面上的边界层即涡度层S1在喷嘴的出口上卷，由此形成用于输送的涡环V1。另一方面，在喷嘴的吸入期间，通过吸入流体在喷嘴内壁面上形成边界层S2，但是该S2也从壁面分离而构成分离涡环VS2。随着喷射流从吸入向喷出进行变化，VS2向喷嘴喷出口移动，与形成过程中的V1干涉。由此，能够预测VS2对V1的漩涡的强度(涡环的循环)的影响非常大。

[数值模拟实验的验证结果]

针对以上所示的涡环的形成过程，确认数值模拟实验(以下，称为“CFD(Computational Fluid Dynamics)”)的结果(图13B、图13C)，在整周模型以及轴对称模型中，VS2比实验结果难于扩散，与V1干涉的时间长，尤其，在轴对称模型的结果中，这样的倾向强。这意味着，在本CFD中，预计V1的强度(循环)稍微过小，相对于其程度，轴对称模型的程度大。但是，在此外的点上，实验结果表现得很一致，能够足够评价V1的定性的行动变化。

图14A以及图14B表示涡环到达位置(涡环截面的中心位置)以及涡环直径的相位变化。涂黑的符号所表示的实验结果和空白的符号所表示的CFD结果表现得很一致，能够对涡环的行动以及尺寸进行定量的评价。

根据以上的结果，在本模拟实验中，有可能预测出涡环的强度比实际弱，但是能够对涡环的形成过程进行定性评价，也能够对涡环的行动以及尺寸进行定量评价。

(2)阐明通过脉动喷射流连续形成最适于输送的涡环的条件

作为最适于输送的涡环，考虑设定涡环的体积(容纳输送物的容积)大且用于表示涡环强度的循环的值大(直至扩散所需时间)的涡环。因此，为了明确最适于热输送的涡环的形成条件，需要明确在空气中形成的涡环(以下，称为“空气涡环”)的体积以及循环与喷射流的脉动条件之间的关系。

但是，根据上述的形成水中的涡环(水涡环)的实验结果知晓，涡环的体积和循环为正比例的关系，涡环的循环能够通过脉动喷射流的斯特劳哈尔数Str(参照算式(2))表示，在Str≈0.05的条件下，循环最大。若这样的实验结果在空气涡环的形成过程同样成立，即，若确认涡环形成具有流体力学的相似性，则在水涡环的实验中得到的所有的见解都能够用于空气涡环。

因此，在本实施例中，在确认涡环形成是否具有流体力学的相似性后，研究空气涡环的最佳形成条件。针对包含在水涡环中循环变为最大的条件的以下的3个脉动条件，进行研究。

条件A：Re₀＝2350，α＝23.3，Str＝0.146

条件B：Re₀＝4473，α＝19.3，Str＝0.053

条件C：Re₀＝5926，α＝19.3，Str＝0.040

[空气中的涡环的形成过程]

在图15A中利用无量纲涡度分布示出条件A的脉动条件下的空气涡环的相位变化。在本CFD中利用整周模型。另外，在图15B中，为了进行比较，示出了利用轴对称模型的在同一脉动条件下的水涡环的CFD结果。根据图15A以及图15B可知，对于用于输送的涡环V1以及分离涡环VS2的从形成至扩散的行动变化，两者非常一致。在VS2的扩散过程中，发现水涡环的扩散所需要的时间不同，以及在涡环V1的截面形状上存在微小的不同，但是能够判断这是由于上述的模拟实验的验证结果而产生的，这是因为计算所使用的网格模型不同，不是因为动作流体的物性不同而形成的。如上所示的空气涡环和水涡环的形成过程一致，在条件B以及C下同样被确认(图中省略)，因此确认在涡环的形成过程中具有流体力学的相似性。

[涡环的强度与喷射流的脉动条件之间的关系]

在图16中示出了根据实验以及CFD得出的涡环的无量纲循环与脉动喷射流的斯特劳哈尔数Str之间的关系的结果。在该图中，无量纲循环Re_Γ/Re₀的值随着Str变化是指，即使脉动喷射流的振幅Re₀为相同值，在周期T不同时(即Str不同时)，涡环的循环Re_Γ也发生变化。基于实验值(图中的○)以及实验结果和基于漩涡理论而确立的推定算式的值(绿色的符号)，示出如下的变化，在Str变小时，水涡环的无量纲循环增大，在Str≈0.05的条件下变为最大值后，急激减小。这是表示，在成为Str≈0.05的速度振幅V₀以及周期T的脉动条件下，形成循环难于很大扩散的涡环(即，最适于输送的涡环)。

在观察水涡环的CFD结果(图中的●)时，无量纲循环在条件A、B、C的任意条件下，都比实验值小。这是因为，在本CFD中，由于利用轴对称模型，所以在所有的脉动条件下，分离涡环比实际难于扩散。其结果，分离涡环与涡环干涉的时间变长，涡环的循环变小。但是，由于无量纲循环的值相对于实验值的减小率在条件A、B、C中大致相同，因此，无量纲循环相对于Str的变化率与实验结果一致，根据利用轴对称模型的CFD也能够确认通过实验得到的无量纲循环能够变为最大的条件。

在观察空气涡环的CFD结果(图中的◆)时，条件A下的无量纲循环表现出比实验值小的值，表现出与水涡环时相同的值。其理由也与水涡环的CFD的情况下相同，即使在利用整周模型的情况下，由于分离涡环比实际难于扩散，所以涡环的循环变小。相对于此，在条件B以及C下，无量纲循环与水涡环的结果大不相同，表现与实验值大致相同的值。其理由如下。

图17A以及图17B表示条件B下的无量纲涡度分布。在该脉动条件下，能够确认在喷射流的吸入期间形成的分离边界层S2在流体方向上的长度比条件A的情况下(参照图15)长，向上游方向延伸。在这样分离边界层伸长的情况下，涡度层难于聚集在1个区域，因此难于形成具有条件A那样大的截面区域的分离涡环VS2。因此，分离涡环成为不易扩散的状态，另外，由于在计算中没有添加轴对称条件，所以分离涡环的扩散进一步发展，分离涡环对涡环的形成的影响变小，结果，涡环的循环变大。无量纲循环相对于Str的变化的倾向与实验结果一致，空气涡环的无量纲循环与水涡环的情况相同，在Str≈0.05的条件下变为最大。另外，其结果表现为，在涡环的循环(涡环的强度)上具有流体力学的相似性。

根据以上的结果确认出，只要脉动喷射流的Re₀、α以及Str的条件相同，尽管流体的物性不同，涡环的形成过程以及循环也相同，具有流体力学的相似性，以及，涡环的循环在Str≈0.05的条件下最大。另外根据这些确认出，最适于输送的涡环的形成条件为Str≈0.05。

(3)阐明有效将热流体容纳至涡环内的条件

为了实现热流体在局部空间内的集中输送，需要将热流体容纳在涡环内。但是，如图13、图15以及图17所示，在喷射流的喷出期间，在喷嘴内的壁面上形成的边界层S1在喷嘴的出口上卷，而形成涡环。因此，为了将热流体容纳在涡环内，不以脉动喷射流喷出热流体，而直接向S1内进行注入的方法有效。在本实施例中，研究有效将热流体容纳在涡环内的方法。

[容纳方法的研究条件]

针对以下的4个方法(图18A～图18C中示出概略图)对容纳方法进行研究。

方法1：以脉动喷射流喷出热流体的情况(最单纯的方法)(未图示)

方法2：在喷嘴内的壁面上设置热源来加热边界层的方法(参照图18A)

方法3：在喷嘴的内侧和外侧的壁面上设置热源来加热边界层的方法(参照图18B)

方法4：在喷嘴内的壁面设置宽度为0.5mm的流路，将热流体自然向边界层内注入的方法(因流路出口周边的流动而产生压力差引起热流体的移动)(参照图18C)

在热流体的模拟实验的计算中，与至此的计算不同，使用的基础方程式增加1个，所以直到得到结果，需要空气涡环时的约3倍的计算时间。因此，在本研究的开始阶段，对具有实验成果的水涡环进行研究，在计算中利用轴对称模型。作为研究所使用的流场的条件，假设利用在水温为20℃的水中在Str＝0.053的脉动条件下形成的涡环，对80℃的热水在局部空间内进行集中输送的情况。与冷水时相比，热水输送时的分子扩散的效果强，因此能够评价最严格的输送条件下的输送能力。

[热流体的容纳方法的研究结果]

在图19A～图19D中利用温度分布示出4个方法下的热流体的输送结果。在观察图19A所示的方法1(以往例)的结果时，在涡环内几乎不容纳热流体，可知通过该方法不能够在局部空间内进行集中输送。在本方法中，由于在整个喷嘴内充满80℃的热水的状态开始进行脉动，所以在脉动的第一周期中，热流体容纳在涡环内，但是在第二周期以后，热流体不流入边界层内，因此热流体不容纳在涡环内。

在观察图19B所示的方法2的结果时，由于通过喷嘴内壁面的热源加热边界层内的流体，所以能够确认在涡环内容纳有热水，能够在局部空间内进行集中输送。但是，涡环内的热水的温度，在刚形成涡环后的相位，即使在温度最高的涡环中心点也只有约25℃，仅为加热源的温度的约31％程度，从而不能够说能够有效地容纳热流体。另外，向涡环内容纳的热量很大程度上依赖流体的热传递系数，从而考虑不适于热传递系数小的空气。

在观察图19C所示的方法3的结果时，通过使热源扩大至喷嘴的外侧的壁面，被该热源加热的流体在吸入喷射流时流入喷嘴内，因此流入边界层内的热量比方法2时增加，结果涡环中心点的温度上升约5℃。但是，在该方法中，容纳的热量也很大程度依赖于流体的热传递系数，因此不是最佳的容纳方法。

在观察图19D所示的方法4的结果时，在该方法中，80℃的热水直接流入边界层内，因此推测为最佳的效果。流入边界层的热流体进入涡环内，确认能够将热流体在局部空间内进行集中输送。涡环刚形成后的相位上的涡环中心点的温度为约30℃，与方法3时大致相同。在本流路宽度的条件下，相对于涡环的体积，从流路向边界层流入的热流体的体积过小，因此，进入涡环内的热流体立即扩散，温度急剧下降。但是，针对这一点，通过增大流路宽度，增加流入的热流体的体积，能够进行改善。

在图19E作为参考示出以恒定流量喷出热流体时(即，一般的喷出方法)的热流体的温度分布，由于流体的混合和扩散效果，水温随着从喷嘴分离降低，可知不能够进行方法2、3以及4那样的局部空间内的集中输送。

根据以上的结果，作为将热流体向涡环内容纳的方法，确认出从设置在喷嘴内的壁面的流路向边界层内自然注入热流体的方法4最有效。另外，对于方法2、3，比方法4的效果差，但是能够向涡环内容纳热流体，确认出比方法1有效。

(4)评价涡环具有的热流体的输送能力

评价利用通过研究上述的容纳方法而判断为最有效的方法4时的涡环的输送能力。流场的条件与研究容纳方法时使用的条件相同，假设利用在水温为20℃的水中以Str＝0.053的脉动条件形成的涡环，对80℃的热水进行局部空间内的集中输送的情况。除了图19D所示的流路宽度为0.5mm的情况，还在流路宽度为1.5mm的情况下进行输送能力的评价。此外，在本模拟实验中利用轴对称模型。

[热流体的输送能力的评价结果]

在图20中示出各个流路宽度下的涡环中心点的温度与中心点的到达位置之间的关系。在观察流路宽度为0.5mm的结果时，在形成涡环时，在涡环刚从喷嘴离开后，40℃的涡环中心的温度急剧下降至30℃，能够确认热流体的扩散急剧发展。此后，扩散缓慢发展，但是开始输送的时刻的涡环内的温度不高，因此在到达距离为4d(喷嘴直径d的4倍)的位置，变得与周围的水温大致相同。

另一方面，在观察流路宽度为1.5mm的结果时，此时，在涡环刚从喷嘴离开后，涡环中心的温度急剧下降，确认出热流体的扩散急剧发展。但是，通过增大流路宽度，使向涡环内流入的热流体的体积增加，涡环中心点的温度表现出比0.5mm时高的值，即使在到达距离为4d的位置，也保持在热源的约56％的温度即45℃。本流路宽度下的涡环中心点的温度，在到达距离为10d的位置，为35.5℃(热源的约44％)，在到达距离为20d的位置，为22.5℃(热源的约28％)。在本模拟实验中利用轴对称模型，因此预计涡环的循环比实际小。因此，考虑涡环的实际的输送能力比上述的结果高。

给予以上所示的水涡环的热输送能力的评价结果，推测空气涡环的输送能力。在空气涡环的情况下，扩散的效果比水大大约10倍，因此根据该值，判断为输送能力下降至水的1/10。但是，空气涡环的移动速度非常快，是脉动条件相同的水涡环的移动速度的约20～30倍，由此到达距离延长。考虑这些因素，判断空气涡环的输送能力高出水(图20)的2～3倍的程度。即，推测流路宽度为1.5mm时的空气涡环中的涡环中心点的温度变化，在到达距离为20d的位置，为35.5℃程度(温度降低44.5℃)，在到达距离为40d的位置，为22.5℃程度(温度降低57.5℃)。

产业上的可利用性

本发明的流体搬运装置以及流体搬运方法能够在大空间、管路或通道等封闭空间内使用，能够用作在这些空间内充满的液体中的不同种或同种的液体的搬运单元，或者用作气体中的不同种或同种的气体的搬运单元，或者用作液体中的气体的搬运单元。

另外，具体的利用用途如下。

(1)用作家庭用以及商用的空调设备的送风方法。

(2)用作车载空调设备的送风方法。

(3)用作个人电脑、大型服务器以及IT设备内的电子设备的集中冷却法。

(4)用作家庭用以及商用的各种空气净化装置的送风方法

(5)用作家电、商用设备以及OA设备内的电子设备的集中冷却法。

(6)在将混合动力车中排出的排出热量用于触媒的加热气体时，用作热搬运单元。

(7)在混合动力车中将从排气气体回收的排出热量用于发动机及其周边设备的加热气体或车内暖气时，用作排出热量的搬运单元。

(8)用作冷冻车的冷库的出入口的气屏。

(9)用作工厂的冷库出入口的气屏。

(10)在医疗现场，不使用氧罩来向患者的口鼻输送吸氧时，用作氧气的搬运方法。

(11)在医疗现场，不使用罩来向患者的口鼻输送吸引麻醉剂时，用作麻醉剂的搬运方法。

(12)在医疗现场，为保持手术中的患者的体温，用作向患者输送加热气体的搬运方法。

(13)在医疗现场，为了从手术中产生的气体中保护作为手术者的医生，用作氧的搬运方法。

(14)在航空器内需要通过异常时用氧罩供给氧时，用作在不使用氧罩的情况下将氧向患者的口鼻输送的搬运方法。

(15)用作工厂内的配管中的加热气体以及冷气的搬运方法。

(16)用作自来水管道的净化槽内的消毒药品的扩散促进方法。

(17)用作为了促进塑料大棚内以及植物工厂内的农作物或植物的生长的加热气体以及CO₂的高浓度搬运法。

(18)在化工设备工厂中，用作用于对反应炉内的化学反应速度以及浓度部分进行控制的药品的搬运方法。

(19)用作气体中以及液体中的微小粒子群的搬运方法。

Claims (8)

1.一种流体搬运装置，其特征在于，

具有：

喷出部，从喷出口向空间内喷出搬运流体来形成涡环；

被搬运流体供给单元，以比所述搬运流体的中心的速度低的速度向所述搬运流体的外侧供给被搬运流体，

所述被搬运流体供给单元是沿着所述喷出部的壁面喷出所述被搬运流体的流路。

2.根据权利要求1所述的流体搬运装置，其特征在于，所述被搬运流体供给单元借助设置在所述喷出部的壁面上的加热源或冷却源来形成所述被搬运流体。

3.一种流体搬运方法，其特征在于，通过从喷出部的喷出口向空间内喷出搬运流体来形成涡环，并且以比所述搬运流体的中心的速度低的速度，从被搬运流体供给单元向所述搬运流体的外侧供给被搬运流体，所述被搬运流体供给单元是沿着所述喷出部的壁面喷出所述被搬运流体的流路。

4.一种流体搬运装置，其特征在于，

具有：

第一喷出口，在成为层流喷射流的条件下，喷出被搬运流体；

第二喷出口，以包围所述第一喷出口的外周部的方式形成为所述第一喷出口的内接圆的直径的1/2以下的宽度的环状，用于以环状喷射流喷出第二流体，

在从所述第一喷出口喷出的被搬运流体的速度为U_m，从所述第二喷出口喷出的第二流体的速度为U_a时，0.25≤U_a/U_m≤2。

5.根据权利要求4所述的流体搬运装置，其特征在于，从所述第一喷出口喷出的被搬运流体的雷诺数比0大，且为2000以下。

6.根据权利要求4所述的流体搬运装置，其特征在于，从所述第一喷出口喷出的被搬运流体的雷诺数比0大，且为2000以下。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的流体搬运装置，其特征在于，以将所述被搬运流体保持在所述环状喷射流内的状态搬运所述被搬运流体的目标距离在50cm以上。

8.一种流体搬运方法，其特征在于，以成为层流喷射流的条件下，从第一喷出口喷出被搬运流体，并且通过以包围所述第一喷出口的外周部的方式且以所述第一喷出口的内接圆的直径的1/2以下的宽度形成环状的第二喷出口，以环状喷射流喷出第二流体，

在从所述第一喷出口喷出的被搬运流体的速度为U_m，从所述第二喷出口喷出的第二流体的速度为U_a时，0.25≤U_a/U_m≤2。