CN105299001A - 一种用于散热的多孔合成射流激励器 - Google Patents

Abstract

本发明属于流体传输与控制技术领域，提供了一种用于散热的多孔合成射流激励器，包括盖板1、第一腔体2、振动膜3；所述盖板1、第一腔体2和振动膜3共同围成第一空腔4；所述振动膜3上设置有驱动模块5，所述盖板或者第一腔体上根据需要开设有若干个出口6；在所述第一腔体2的外侧设有第二腔体，所述第二腔体与盖板、第一腔体之间形成第二空腔，所述第二空腔对应的盖板上方或者第二腔体上开设有若干个出口。本发明不仅增大出口射流影响域，扩大散热面积和有效散热范围，避免了因压载过大而引起的振动膜失效问题；多孔合成射流激励器可灵活地变为单膜单腔多孔合成射流激励器和单膜双腔多孔合成射流激励器，以适应不同的需求，扩大应用领域。

Description

一种用于散热的多孔合成射流激励器

技术领域

本发明属于流体传输与控制技术领域，尤其涉及一种用于散热的多孔合成射流激励器。

背景技术

合成射流自20世纪90年代以来因其无管路、无转动部件等优越的特点在主动流动控制以及流体传输领域取得了长足的发展，如流动分离控制、气动力控制、射流矢量控制、混合增强控制、微泵等方面，特别是其周期性吹/吸以及涡结构强化对流传质换热的特性在加强传热传质领域具有十分广阔的前景。

常规合成射流激励器一般都是单膜单腔的结构形式，如图1所示，由盖板9、腔体10及振动膜11构成，但只有一个出口(图1中h表示出口宽度，x，y表示坐标系中坐标轴)，减小出口的孔缝面积是有效地增大出口射流速度的一种方法，但是在减小出口孔缝面积，增大出口射流速度的同时会大大减小散热面积；而单膜单腔合成射流激励器在工作周期内由于振动膜的两侧分别位于受控流场和环境流场中，因而当两侧流场之间存在较大压差时，振动膜将面临压载失效问题，影响激励器正常工作，压载过大时甚至会击穿振动膜，对合成射流激励器造成不可逆转的损害；合成射流激励器靠振动膜的往复振动，改变腔体内气体的压强，通过出口形成吹吸循环过程，单膜单腔合成射流激励器因为振动膜的一侧处于环境流场中，在激励器工作中振动膜振动带来的动能有一半耗散浪费在环境流场中，没有得到有效利用，降低了激励器的能量利用效率。公开号为CN100381710的中国专利文献公开了一种单膜双腔合成射流激励器具有两个出口，能改善上述的压载失效问题，但是合成射流激励器散热面积很有限，散热不均，效率不高，大大限制了其应用。因此，多孔合成射流激励器能补充其在散热应用中的不足。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有合成射流散热技术的不足，提供一种增大出口射流影响域从而增大散热面积，提高散热效率。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种用于散热的多孔合成射流激励器，包括盖板(1)、第一腔体(2)、振动膜(3)；所述盖板(1)、第一腔体(2)和振动膜(3)共同围成第一空腔(4)；所述振动膜下方设置有驱动模块(5)；所述盖板或者第一腔体上开设有若干个出口(6)。

进一步地，在所述第一腔体(2)的外侧或下侧设有第二腔体(7)，所述第二腔体(7)与盖板(1)、第一腔体(2)之间形成第二空腔(8)，所述第二空腔对应的盖板上方或者第二腔体上开设有若干个出口(6)。

进一步地，所述驱动模块(5)的驱动方式为压电式、活塞式、电磁式中的任一种方式。

进一步地，所述出口(6)分布在盖板或第一腔体、第二腔体上，所述出口形状为圆或缝。

与现有技术相比优点在于：本发明的多孔合成射流激励器，与常规合成射流/合成双射流激励器相比，本发明不仅增大出口射流影响域，扩大散热面积和有效散热范围，同时避免了因压载过大而引起的振动膜失效问题；多孔合成射流激励器可以灵活地变为单膜单腔多孔合成射流激励器和单膜双腔多孔合成射流激励器，以适应不同的需求，从而扩大合成射流技术在主动流动控制领域的应用，尤其是在散热领域的应用。

附图说明

图1是现有技术中的合成射流激励器的结构示意图；

图2是本发明实施例1的结构示意图；

图3是本发明实施例2的结构示意图；

图4是本发明实施例1的三维结构示意图；

图5是本发明实施例2的三维结构示意图。

图中各标号表示：1、盖板；2、第一腔体；3、振动膜；4、第一空腔；5、驱动模块；6、出口；7、第二腔体；8、第二空腔；9、盖板；10、腔体；11、振动膜；12、安装压片。

具体实施方式

下面，结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：如图1所示，为本发明的一种用于散热的多孔合成射流激励器，包括盖板1、第一腔体2、振动膜3；所述盖板1、第一腔体2和振动膜3共同围成第一空腔4；所述振动膜下方设置有驱动模块。实施例1中，驱动模块的驱动方式选择为压电式，驱动模块5为压振单元，所述振动膜3下方设置有压振单元，所述盖板上开设有若干个出口6。图1也称作单膜单腔多孔合成射流激励器，第一空腔内即受控流场。振动膜与压振单元通过粘贴方式连接，所述出口位于第一空腔上方，等距分布在盖板上，出口形状为圆。第一空腔内的受控流场通过盖板上的出口与外界环境流场连通。振动膜的材料可采用弹性材料、柔性材料或者复合材料，形状可以是圆形或者矩形或者按要求设计；振动膜下方的压振单元可采用压电振子、电磁线圈或者其他机构；第一腔体可以根据振动膜的形状设计成圆柱体或者矩形体或其它形状，腔体材料为适合于采用微细加工和微机械技术相兼容的硬质材料，盖板可以按照第一腔体的形状设计成对应圆形或者矩形或其它形状，材料为适合加工制造的硬质材料。实施例中其结构参数如下：第一腔体、振动膜与盖板围成的圆柱形第一空腔直径46mm，高为7mm，第一腔体厚度为6mm；盖板直径70mm，厚度4mm，在直径为23mm的圆周上均布出口，出口直径5.5mm；振动膜为圆形金属膜片，直径为50mm，压振单元与金属膜片粘接而成，其往复振动时，会在出口交替形成多股射流。

实施例1中，如图4所示，单膜单腔多孔合成射流激励器还包括安装压片12，安装压片将振动膜安装在腔体下方；实施例中安装压片的作用仅为方便安装振动膜，振动膜也可以通过其他现有技术固定在腔体下方；振动膜在压振单元的驱动下往复振动，压缩和膨胀空腔内的气体，空腔内压强增大或者减小，出口处形成周期性地吹吸。当振动膜向上运动时，空腔容积减小，腔内气体处于压缩状态，腔内压强大于环境流场压强，气体从出口处被挤压排出，形成非定常射流，在出口处因为剪切作用形成一系列涡环向下游发展；当振动膜向下运动时，空腔容积增大，腔内气体处于膨胀状态，腔内压强小于环境流场压强，气体从出口处被吸入腔内，出口处吹吸交替地进行。

实施例2：如图2所示，为本发明的一种多孔合成射流激励器，也称作单膜双腔多孔合成射流激励器，在所述第一腔体2的外侧设有第二腔体，所述第二腔体与盖板、第一腔体之间形成第二空腔，所述第二空腔对应的盖板上方开设有若干个出口。实施例2中，驱动方式选为压电式，驱动模块为压振单元，振动膜与压振单元通过粘贴方式连接；出口分别位于第一空腔和第二空腔上方，等距分布在盖板上，所述出口形状为圆。两个独立的空腔——第一空腔和第二空腔由振动膜隔开，第一空腔和第二空腔即为受控流场，受控流场通过盖板上的出口与外界环境流场连通，其中，内侧出口连通第一内腔和环境流场，外侧出口连通第二空腔和环境流场。振动膜的材料可采用弹性材料、柔性材料或者复合材料，形状可以是圆形或者矩形或者按要求设计；振动膜下方的压振单元可采用压电振子、电磁线圈或者其他机构；第一腔体和第二腔体可以按照振动膜的形状设计成圆柱体或者矩形体或者其他，腔体材料为适合于采用微细加工和微机械技术相兼容的硬质材料，盖板可以按照第二腔体的形状设计成圆形或者矩形或者其他，盖板上的出口分布按照第一空腔和第二空腔的截面形状设计成圆周分布或者其他分布。本实施例中的结构参数如下：第一腔体、振动膜与盖板围成的圆柱形第一空腔直径46mm，高为7mm，第一腔体厚度为6mm；第二空腔直径68mm，高为16mm，第二腔体侧壁厚5mm，底面壁厚2mm；盖板直径86mm，厚度4mm，在直径为23mm的圆周上均布内侧口，第一空腔对应出口直径5.5mm，在直径为63mm的圆周上均布直径为4mm的第二空腔对应的出口；振动膜直径为50mm，由压振单元与金属膜片粘接而成，其往复振动时，会在出口处交替形成多股射流。

实施例2中，如图5所示，单膜双腔多孔合成射流激励器还包括安装压片12，安装压片的作用仅为方便安装振动膜，安装压片将振动膜安装在第一腔体下方，振动膜在压振单元的驱动下往复振动，压缩和膨胀第一空腔和第二空腔内的气体，第一空腔和第二空腔内压强增大或者减小，出口处形成周期性地吹吸。当振动膜向上运动时，第一空腔容积减小，腔内气体处于压缩状态，腔内压强大于环境流场压强，气体从内侧出口处被挤压排出，形成非定常射流，在出口处因为剪切作用形成一系列涡环向下游发展，同时，第二空腔容积增大，腔内气体处于膨胀状态，腔内压强小于环境流场压强，气体从外侧出口处被吸入；当振动膜向下运动时，第一空腔容积增大，腔内气体处于膨胀状态，腔内压强小于环境流场压强，气体从内侧出口处被吸入，同时，第二空腔容积减小，腔内气体处于压缩状态，腔内压强大于环境流场压强，气体从外侧出口处被挤压排出，形成非定常射流，在出口处因为剪切作用形成一系列涡环向下游发展，内外侧出口处吹吸交替地进行。

在实施例中，若驱动方式选择活塞式或电磁式的驱动模块，可以采用现有技术中常用连接方式(如焊接、螺钉连接等)，将驱动模块固定在振动膜下方即可。

本发明的工作原理：通过激励驱动电源驱动压振单元，进而带动振动膜往复运动，在出口处交替产生多股合成射流，多股射流使得合成射流的影响域扩大，在散热应用中有利于增大散热面积和扩大有效散热范围，且单膜双腔多孔合成射流激励器的振动膜两侧即为两个独立空腔，振动膜运动辐射的能量得到有效利用没有造成浪费，同时避免了振动膜的压载失效问题。图4、图5中第一腔体、第二腔体侧面和底面的小孔为方便焊接在压振单元上的导线，连通外界电源所用。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于散热的多孔合成射流激励器，其特征在于：包括盖板(1)、第一腔体(2)、振动膜(3)；所述盖板(1)、第一腔体(2)和振动膜(3)共同围成第一空腔(4)；所述振动膜下方设置有驱动模块(5)；所述盖板或者第一腔体上开设有若干个出口(6)。

2.如权利要求1所述的一种用于散热的多孔合成射流激励器，其特征在于：在所述第一腔体(2)的外侧或下侧设有第二腔体(7)，所述第二腔体(7)与盖板(1)、第一腔体(2)之间形成第二空腔(8)，所述第二空腔对应的盖板上方或者第二腔体上开设有若干个出口(6)。

3.如权利要求1所述的一种用于散热的多孔合成射流激励器，其特征在于：所述驱动模块(5)的驱动方式为压电式、活塞式、电磁式中的任一种方式。

4.如权利要求2所述的一种用于散热的多孔合成射流激励器，其特征在于：所述出口(6)分布在盖板或第一腔体、第二腔体上，所述出口形状为圆或缝。