CN106040476A - 一种振荡射流的主动控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种振荡射流主动控制装置，包括：喷管、喷嘴和腔体，还包括：所述腔体的旋流区内开设至少一个激励通孔，与所述激励通孔连接的用于控制气体周期性或者间断性通入所述腔体的激励单元。本发明在振荡射流装置中加设激励单元，对自由射流的剪切层进行扰动，在剪切层内形成更有规律、尺度更大的涡结构，以激发射流的不稳定旋进运动。通过激励装置对振荡射流进行调控可以使其适应于不同的工作要求。
Description
技术领域
本发明实施例涉及振荡射流装置技术领域，尤其涉及一种振荡射流的主动控制装置。
背景技术
振荡射流能显著增强射流卷吸周围流体的能力在燃烧系统、流体混合器、化学反应器、热和质量交换器、雾化系统具有广阔的潜在应用。
普通的被动控制的自激震荡射流虽然能产生较稳定的射流旋进运动但是仍然无法根据应用工况的改变保持旋进运动的持续发生，并形成合理的湍流混合效果。
由于缺乏对射流的进化和混合特性进行直接控制和调节的能力，使振荡射流在宽广的工业应用中受到阻碍。
发明内容
本发明实施例提供一种振荡射流的主动控制装置，以克服上述技术问题。
本发明振荡射流主动控制装置，包括：喷管、喷嘴和腔体，还包括：
所述腔体的旋流区内开设至少一个激励通孔，与所述激励通孔连接的用于控制气体周期性或者间断性通入所述腔体的激励单元，所述激励单元包括：腔室、控制部件。
进一步地，所述控制部件包括：
电控开关、电控单元；
所述电控开关阀设置于所述腔室内，与所述电控单元连接，用于控制所述腔室与外界空气的导通/阻断。
进一步地，所述控制部件包括：
柔性绝缘介质薄膜以及等离子电极；
所述柔性绝介质薄膜封闭所述腔室，所述柔性绝介质薄膜内部埋设有第一等离子电极，外壁设置有第二等离子电极。
进一步地，所述控制部件包括：
活塞、连杆以及电机；
所述活塞设置于所述腔室内，所述电机通过转轴连接所述连杆控制所述活塞运动。
进一步地，所述控制部件包括：
弹性膜以及压电振子；
所述弹性膜封闭所述腔室，所述压电振子设置于所述弹性膜圆心处。
进一步地，所述腔室与所述腔体之间的夹角为30°。
进一步地，所述激励单元为8个，且等间距设置于所述腔体的旋流区内。
本发明在振荡射流装置中加设激励单元，对自由射流的剪切层进行扰动，在剪切层内形成更有规律、尺度更大的涡结构，以激发射流的不稳定旋进运动。实现了可以在生产过程中方便灵活地对振荡射流进行宽广范围的宏观调控使其适应于不同的工业要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明振荡射流的主动控制装置实施例一结构示意图。
图2为本发明振荡射流的主动控制装置实施例一工作过程示意图；
图3为本发明振荡射流的主动控制装置实施例二结构示意图；
图4为本发明振荡射流的主动控制装置实施例二电磁振片射流激励器结构示意图；
图5为本发明振荡射流的主动控制装置实施例三结构示意图；
图6为本发明振荡射流的主动控制装置实施例三等离子零质量射流结构示意图；
图7为本发明振荡射流的主动控制装置实施例四结构示意图；
图8为本发明振荡射流气体流向改变示意图；
图9为本发明振荡射流气体流向改变另一示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明振荡射流的主动控制装置实施例一结构示意图，如图1所示，本实施例装置包括：
喷管101、喷嘴102和腔体103；所述腔体开设激励通孔104，与所述激励通孔104连通的腔室105，用于控制所述腔室内气体周期性或者间断性通入所述腔体的激励单元。本实施例中，所述控制部件包括：电控开关106、电控单元107；
所述电控开关设置于所述腔室内，与所述电控单元连接，用于控制所述腔室与外界空气的导通/阻断。
具体来说，腔体可以选择圆筒形、方筒形也可以根据需要选择带有唇片或者其他形状的腔体，腔体可在喷管上滑动以调节腔体的长度。喷嘴通过螺钉固定在喷管出口上，喷嘴口的形状可以选择圆形及非圆形，可根据需要进行更换。如图2所示，本实施例中激励单元201中的电控开关为电磁阀，通过控制电磁阀的周期性开关，使腔室外的气体周期性通入腔体内部，可以获得定常和脉冲的微射流。保持电磁阀始终开放，则形成了定常微射流。而通过调节占空比和开关频率，则形成了不同强度和频率的脉冲射流。实现对从腔体中出来的振荡射流的控制。其中腔室外的气体可为大气或者是外接的高压气源。
图3为本发明振荡射流的主动控制装置实施例二结构示意图，如图3所示，本实施例装置包括：喷管301、喷嘴302和腔体303；所述腔体开设激励通孔304，与所述激励通孔304连通的腔室305，所述控制部件包括：
弹性膜306以及压电振子307；
所述弹性膜封闭所述腔室，所述压电振子设置于所述弹性膜圆心处。图4为本发明振荡射流的主动控制装置实施例二电磁振片射流激励器结构示意图，在激励开口外设有腔室，通过压电陶瓷在有周期变化的电压信号的变化下产生逆压电效应引起弹性膜的震动引起腔室的收缩与膨胀，从而在激励器开口处产生非定常微射流。
具体来说，在孔洞外设有腔室，激励器开始工作时，压电陶瓷在有周期变化的电压信号的变化下产生逆压电效应，腔室底面柔性薄膜(金属化处理)随之产生周期性的振动，从而在激励器开口处产生非定常微射流，对振荡射流产生激励作用。
图5为本发明振荡射流的主动控制装置实施例四结构示意图，如图5所示，本实施例装置包括：喷管501、喷嘴502和腔体503；所述腔体开设激励通孔504，与所述激励通孔504连通的腔室505，所述控制部件包括：
柔性绝缘介质薄膜506以及等离子电极；
所述柔性绝介质薄膜封闭所述腔室，所述柔性绝介质薄膜内部埋设有第一等离子电极，外壁设置有第二等离子电极。
具体来说，采用等离子零质量射流激励器的方法与压电式类似，如图6所示，同样在孔洞外设有腔室，但不同的是腔室底部设有柔性绝缘介质薄膜601，薄膜内部埋有嵌入电极602外壁也贴有贴壁电极603，两电极的位置不能相互对称而是错开一定角度，可采用同心圆环或平行交叉铺设。当两电极通有交流电时会产生等离子，驱动周围流体运动，流体通过孔洞进入到腔体中能引发射流的振荡。通过改变输入电极两端的电压信号可人为控制射流的进化和混合特性，从而达到振荡射流主动控制的目的。电极的不同布置方式可达到不同的效果，同时柔性绝缘介质膜也不局限于放置在腔室的底部，也可放置在四壁上，腔室可做成圆筒形也可做成方筒形。该方法结构简单、工作频带宽、响应迅速、可重入性好，且易于微型化。
图7为本发明振荡射流的主动控制装置实施例二结构示意图，如图7所示，本实施例装置包括：喷管701、喷嘴702和腔体703；所述腔体开设激励通孔704，与所述激励通孔704连通的腔室705，所述控制部件包括：活塞706、连杆707以及电机708；
所述活塞设置于所述腔室内，所述电机通过转轴709连接所述连杆控制所述活塞运动。
具体来说，在激励开口外设有腔室，通过压电陶瓷在有周期变化的电压信号的变化下产生逆压电效应引起活塞的往复运动引起腔室的收缩与膨胀，从而在激励器开口处产生非定常微射流。外部动力设备带动活塞往复运动，可使气流周期性通过孔洞进入腔体以此对流场内的气体产生干扰，达到对振荡射流的主动控制的目的。
上述实施例中的激励单元设置于腔体的旋流区，旋流区为腔体后段靠近喷嘴的柱状区域，即图8中的阴影区域，数量可以为多个，本实施例中优选8个，且等间距周向设置。通过调节8个激励单元的开关顺序和周期，则沿周向对旋流区形成了不同频率的扰动，控制射流振荡的持续发生。激励单元与腔体设置一定的角度，本实施例为30°，如图9所示。
本发明在振荡射流装置中加设激励单元，对自由射流的剪切层进行扰动，在剪切层内形成更有规律、尺度更大的涡结构，以激发射流的不稳定旋进运动。实现了可以在生产过程中方便灵活地对振荡射流进行宽广范围的宏观调控使其适应于不同的工业要求。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (7)
1.一种振荡射流主动控制装置，包括：喷管、喷嘴和腔体，其特征在于，还包括：
所述腔体的旋流区内开设至少一个激励通孔，与所述激励通孔连接的用于控制气体周期性或者间断性通入所述腔体的激励单元，所述激励单元包括：腔室、控制部件。
2.根据权利要求1所述的振荡射流主动控制装置，其特征在于，所述控制部件包括：
电控开关、电控单元；
所述电控开关阀设置于所述腔室内，与所述电控单元连接，用于控制所述腔室与外界空气的导通/阻断。
3.根据权利要求1所述的振荡射流主动控制装置，其特征在于，所述控制部件包括：
柔性绝缘介质薄膜以及等离子电极；
所述柔性绝介质薄膜封闭所述腔室，所述柔性绝介质薄膜内部埋设有第一等离子电极，外壁设置有第二等离子电极。
4.根据权利要求1所述的振荡射流装置，其特征在于，所述控制部件包括：
活塞、连杆以及电机；
所述活塞设置于所述腔室内，所述电机通过转轴连接所述连杆控制所述活塞运动。
5.根据权利要求1所述的振荡射流主动控制装置，其特征在于，所述控制部件包括：
弹性膜以及压电振子；
所述弹性膜封闭所述腔室，所述压电振子设置于所述弹性膜圆心处。
6.根据权利要求1至5任一项所述的装置，其特征在于，所述腔室与所述腔体之间的夹角为30°。
7.根据权利要求1至5任一项所述的装置，其特征在于，所述激励单元为8个，且等间距设置于所述腔体的旋流区内。
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2016
- 2016-07-11 CN CN201610541165.9A patent/CN106040476A/zh active Pending
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