CN110231143A - 一种均质各向同性湍流生成装置 - Google Patents

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张新宇
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    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15D—FLUID DYNAMICS, i.e. METHODS OR MEANS FOR INFLUENCING THE FLOW OF GASES OR LIQUIDS
    • F15D1/00—Influencing flow of fluids
    • F15D1/08—Influencing flow of fluids of jets leaving an orifice
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

本发明实施例涉及一种均质各向同性湍流生成装置。一种均质各向同性湍流生成装置，所述装置包括：多面体框架、射流生成模块以及控制模块；在所述多面体框架各个顶角处安装所述射流生成模块；所述射流生成模块包括空气振荡器以及整流板；其中，所述整流板位于所述空气振荡器出口，所述整流板用于对所述空气振荡器生成的空气射流进行整流；所述控制模块，用于对所述空气振荡器的振幅和频率进行控制。如此通过本发明实施例提供的均质各向同性湍流生成装置，可实现对空气射流掺混过程的精确控制，从而在控制体积内生成静止均质各向同性湍流场。

Description

一种均质各向同性湍流生成装置
技术领域
本发明实施例涉及流体力学技术领域，尤其涉及一种均质各向同性湍流生成装置。
背景技术
均质各向同性湍流，是一种最简单的理想化湍流，其中时间平均湍流量(u一样有效值)具有在每个位置相同的值。另一方面均相流是其中的湍流量在任何给定位置都在所有方向是相同的。
均质各向同性湍流，便于做理论和数值上的研究，在湍流机理及湍流扩散等多相流研究中得到广泛关注。实际上，严格意义上的均质各向同性湍流在自然界几乎不存在，长期以来难以通过实验方法在实验室环境生成，在风洞中使用分形网格方法所生成的各向同性湍流具有剪切速度，且实验成本较高。
发明内容
鉴于此，为解决现有技术中在风洞中使用分形网格方法所生成的各向同性湍流具有剪切速度，且实验成本较高的技术问题，本发明实施例提供一种均质各向同性湍流生成装置。
第一方面，本发明实施例提供一种均质各向同性湍流生成装置，所述装置包括：多面体框架、射流生成模块以及控制模块；
在所述多面体框架各个顶角处安装所述射流生成模块；
所述射流生成模块包括空气振荡器以及整流板；其中，所述整流板位于所述空气振荡器出口，所述整流板用于对所述空气振荡器生成的空气射流进行整流；
所述控制模块，用于对所述空气振荡器的振幅和频率进行控制。
在一个可能的实施方式中，所述多面体框架为正立方体架构；
所述在所述多面体框架各个顶角处安装所述射流生成模块，包括：
在所述正立方体架构八个顶角处安装所述射流生成模块。
在一个可能的实施方式中，所述正立方体架构由具有T形凹槽的铝制型材进行搭建。
在一个可能的实施方式中，所述空气振荡器为沿射流方向机械振动的薄膜，通过机械振荡诱发空气振荡。
在一个可能的实施方式中，所述整流板中具有多个分形结构的开孔。
在一个可能的实施方式中，所述整流板中具有多个分形结构的圆形开孔。
在一个可能的实施方式中，所述控制模块包括数字模拟转换器和功率放大器；
所述控制模块输出模拟电压信号，通过对模拟电压信号的控制，实现对所述空气振荡器的振幅和频率进行控制。
在一个可能的实施方式中，在所述多面体框架各个顶角处安装所述射流生成模块，包括：
在所述多面体框架各个顶角处安装所述射流生成模块，以使所述射流生成模块面向与所述多面体框架中心区域。
本发明实施例提供的均质各向同性湍流生成装置，通过在所述多面体框架各个顶角处安装所述射流生成模块，所述射流生成模块包括空气振荡器以及整流板，其中，所述整流板位于所述空气振荡器出口，所述整流板用于对所述空气振荡器生成的空气射流进行整流，所述控制模块，用于对所述空气振荡器的振幅和频率进行控制。如此通过本发明实施例提供的均质各向同性湍流生成装置，可实现对空气射流掺混过程的精确控制，从而在控制体积内生成静止均质各向同性湍流场。
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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图
图1是本发明实施例的均质各向同性湍流生成装置的结构示意图；
图2是本发明实施例的正立方体架构的结构示意图；
图3是本发明实施例的整流板的结构示意图；
图4是本发明实施例的射流生成模块与控制模块的相对关系示意图。
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做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。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例做进一步的解释说明，实施例并不构成对本发明实施例的限定。
本发明实施例提供一种均质各向同性湍流生成装置，所述装置由多面体框架110、射流生成模块120以及控制模块130组成，如图1所示。
其中在多面体框架110各个顶角处安装所述射流生成模块120，所述射流生成模块120与所述多面体框架的顶角一一对应。
对于多面体框架110，可以是正立方体架构，如图2所示。正立方体架构存在八个顶角，则可以在正立方体架构八个顶角处安装所述射流生成模块120，则存在八个所述射流生成模块120。
由于本发明实施例生成的是均质各向同性湍流，因此对于所述射流生成模块120在正立方体架构八个顶角处的安装方向，本发明实施例对此不作限定。在一具体实施方式中，在正立方体架构八个顶角处安装所述射流生成模块120，以使这八个射流生成模块120全部面向所述正立方体架构中心区域。
在一具体实施方式中，所述正立方体架构由具有T形凹槽的铝制型材进行搭建，具有扩展性强、有利于集成其他系统组件的特点。当然，所述正立方体架构可以由具有T形凹槽的其他材料型材进行搭建，本发明实施例对此不作限定。
对于所述射流生成模块120，可以包括空气振荡器120A以及整流板120B。
其中，所述整流板120B位于所述空气振荡器120A出口，所述整流板120B用于对所述空气振荡器120A生成的空气射流进行整流。
对于空气振荡器120A，可以是沿射流方向机械振动的薄膜，通过机械振荡诱发空气振荡。对于所述薄膜的材料，本发明实施例对此不作限定，可以是当前任意材料，例如塑料。
对于整流板120B，可以是具有分形结构的孔和开口板状结构，其中具有多个分形结构的开孔，该分形结构的开孔可以是具有分形结构的圆形开孔，当然也可以是其他形状的开孔，本发明实施例对此不作限定。整流板120B可以对由空气振荡产生的多束射流进行整流使其方向一致。
通过上述方式形成的多束射流在正立方体框架中心区域进行有效掺混，形成数值统计意义上的静止均质各向同性湍流。整流板120B上的开孔具有分形特征，如图3所示。
对于控制模块130，其至少包括数字模拟转换器和功率放大器，也可以包括终端，例如个人电脑。所述控制模块130可以通过数字模拟转换器和功率放大器输出模拟电压信号，通过对模拟电压信号的控制，实现对所述空气振荡器120A的振幅和频率进行控制。其中控制模块130与所述射流生成模块120的相对关系如图4所示。
通过上述对本发明实施例提供的均质各向同性湍流生成装置的描述，通过在所述多面体框架各个顶角处安装所述射流生成模块，所述射流生成模块包括空气振荡器以及整流板，其中，所述整流板位于所述空气振荡器出口，所述整流板用于对所述空气振荡器生成的空气射流进行整流，所述控制模块，用于对所述空气振荡器的振幅和频率进行控制。如此通过本发明实施例提供的均质各向同性湍流生成装置，可实现对空气射流掺混过程的精确控制，从而在控制体积内生成静止均质各向同性湍流场。
上述装置中各个模块的功能和作用的实现过程具体详见上述方法中对应步骤的实现过程，在此不再赘述。
专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不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，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种均质各向同性湍流生成装置，其特征在于，所述装置包括：多面体框架、射流生成模块以及控制模块；
在所述多面体框架各个顶角处安装所述射流生成模块；
所述射流生成模块包括空气振荡器以及整流板；其中，所述整流板位于所述空气振荡器出口，所述整流板用于对所述空气振荡器生成的空气射流进行整流；
所述控制模块，用于对所述空气振荡器的振幅和频率进行控制。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多面体框架为正立方体架构；
所述在所述多面体框架各个顶角处安装所述射流生成模块，包括：
在所述正立方体架构八个顶角处安装所述射流生成模块。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述正立方体架构由具有T形凹槽的铝制型材进行搭建。
4.根据权利要求1至3任一项所述的装置，其特征在于，所述空气振荡器为沿射流方向机械振动的薄膜，通过机械振荡诱发空气振荡。
5.根据权利要求1至4任一项所述的装置，其特征在于，所述整流板中具有多个分形结构的开孔。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述整流板中具有多个分形结构的圆形开孔。
7.根据权利要求1至6任一项所述的装置，其特征在于，所述控制模块包括数字模拟转换器和功率放大器；
所述控制模块输出模拟电压信号，通过对模拟电压信号的控制，实现对所述空气振荡器的振幅和频率进行控制。
8.根据权利要求1至7任一项所述的装置，其特征在于，在所述多面体框架各个顶角处安装所述射流生成模块，包括：
在所述多面体框架各个顶角处安装所述射流生成模块，以使所述射流生成模块面向与所述多面体框架中心区域。
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