CN112958298A - 间歇式喷嘴及方法 - Google Patents

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Abstract

一种间歇式喷嘴及方法，属于流体力学领域。其特征在于：包括圆柱形筒体，往复运动的密封件，收缩渐扩管道，流体喷嘴，圆环挡板，中心体，出口。本发明提供一种间歇式喷嘴，流体喷嘴喷出的流体会由往复运动的密封件压缩并送入收缩渐扩管道，在收缩渐扩管道的收缩段增速降压，引射流体喷嘴喷出的流体，形成高能流，在收缩渐扩管道的渐扩段减速升压后喷出喷嘴，出口周围及中心体前方皆为静止空气，由于流体粘性和压差的存在，该结构使流体在喷嘴出口同时形成大小双涡环，并维持环状运动较长时间。该间歇式喷嘴优点在于改善了大多数喷嘴喷出射流的传统模式，可在出口间歇性的不断产生双涡环，使高能流可维持原状运动较长距离，减少能量耗散。

Description

间歇式喷嘴及方法
技术领域
本发明涉及一种间歇式喷嘴及方法，属于流体力学领域。
背景技术
流体经过一普通喷嘴喷射到外部时，由于流体与外界空气压差的作用，流体会翻滚，形成不同尺度的涡，并逐渐耗散，流体这一部分的热量也损失了。同时当下大多数喷嘴都是喷出射流。由流体力学相关知识得出，实际生活中的流体是具有粘性的，由于受到空气阻力，可得在粘性以及压差的作用下，流体会卷吸空气，产生涡环现象，涡环会使流体束缚在其核心区域，被束缚的流体发生旋转，可以减少核心区域与周围静止空气间的摩擦，使涡环能够在不减损质量和动能的情况下保持原有形状，运动较长时间，增强了涡环运动的持久性，将涡环的作用与流体射流相比，涡环能够相对较好的维持原状，其运动的距离也显得更远，从而可以考虑将此涡环利用在换热上。
发明内容
本发明的目的在于提供一种间歇式喷嘴及方法。该喷嘴的优点是改善了大多数喷嘴喷出直线射流的传统模式，使流体在喷出喷嘴时同时形成大小双涡环，并维持环状运动较长时间，且可以在出口间歇性的不断产生双涡环，使高能流可维持原状运动较长距离，减少能量耗散。
所述一种间歇式喷嘴及方法，其特征在于：包括圆柱形筒体，圆柱形筒体底部固定安装往复运动的密封件，圆柱形筒体内部位于往复运动的密封件上方固定安装收缩渐扩管道，收缩渐扩管道自下而上包括收缩段、空白喉部间隙和渐扩段，上述圆柱形筒体内壁沿轴向与收缩渐扩管道收缩段中部和出口位于同一高度处按周向固定安装流体喷嘴，上述收缩渐扩管道上方的圆柱形筒体最上端固定安装圆环挡板，上述圆环挡板的中空位置水平固定安装中心体，圆环挡板与中心体之间的环形空隙部分即为出口；
所述一种间歇式喷嘴及方法，其特征在于以下过程：
往复运动的密封件向喷嘴内部收缩，将流体喷嘴喷出的流体压缩并送入收缩渐扩管道；
被压缩的流体在收缩渐扩管道中，实现增速降压，在收缩渐扩管道收缩段的进口和空白喉部间隙处引射流体喷嘴喷出的流体，之后流动至收缩渐扩管道渐扩段，流体实现减速增压后由喷嘴出口喷出；
在喷嘴出口，由于中心体的阻挡，流体会冲击中心体的下表面，继而向中心体四周散开，经由圆环挡板与中心体之间的环形空隙部分构成的环形出口喷出，由于喷嘴周围及中心体前方皆为静止空气，在流体粘性和外界压力差的作用下，流体在出口外同时形成大小双涡环。
根据收缩渐扩管道因截面尺寸变化对流体的作用，空白喉部间隙为压力最低点，故会在此处即收缩渐扩管道收缩段进口处引射流体形成高能流并于出口喷出，由于流体存在粘性且外界有压力差，流体会向两边散开并卷吸空气，同时形成两反向涡旋，而出口为环形，出口一周都存在该种涡旋，即同时形成大小双涡环，此双涡环由出口喷出的高能流形成，与流体射流相比，可使高能流维持环状运行较长距离，减少能量耗散。
所述一种间歇式喷嘴及方法，其特征在于：
所述收缩渐扩管道收缩段进口截面直径尺寸为8-44cm，渐扩段出口截面直径尺寸为7-42cm，空白喉部间隙截面直径尺寸为3-22cm，收缩渐扩管道轴向长度为10-50cm，收缩渐扩管道空白喉部间隙的轴向长度为2-10cm，收缩渐扩管道收缩段壁面与其中心轴线的角度为30°-60°，收缩渐扩管道渐扩段壁面与其中心轴线的角度为30°-70°，由于收缩渐扩管道的几何尺寸会对流体产生作用，进而影响引射性能，故具体尺寸根据流体喷嘴喷出的流体流量及需要的涡环尺寸而定，以确保在出口可以同时形成大小双涡环；
所述一种间歇式喷嘴及方法，其特征在于：
所述出口内径为5-20cm，出口外径为7-40cm，出口内径与出口外径之间的差值为2-10cm，由于出口内外径尺寸会影响涡环的形成，尺寸过小或过大都会导致不能成功形成双涡环，故具体视收缩渐扩管道截面尺寸及流体流量而定，以使在喷嘴出口可以同时形成大小双涡环；
所述一种间歇式喷嘴及方法，其特征在于：
往复运动的密封件为压电片或活塞，密封件往复运动，可以间歇性的不断起到吸取和压缩流体的作用，进而将流体送入收缩渐扩管道引射高能流并形成双涡环，故具体视情况选用，以使位于收缩渐扩管道收缩段进口处形成合适的进口压力，在空白喉部间隙引射流体形成高能流；
所述一种间歇式喷嘴及方法，其特征在于：
所述收缩渐扩管道渐扩段出口与圆环挡板下表面之间的轴向距离为1-7cm，由于收缩渐扩管道与圆环挡板的轴向距离会影响涡环的形成，轴向距离太大，高能流在喷出喷嘴前后会大大耗散，不能形成双涡环，故具体根据流体流量以及收缩渐扩管道渐扩段所需流体流速和压力选择，以在出口形成适当尺寸的涡环。
有益效果：往复运动的密封件向喷嘴内部收缩时，会将流体喷嘴喷出的流体压缩并送入收缩渐扩管道，流体在收缩渐扩管道的收缩段中增速降压，在压力差的作用下，流体会由收缩渐扩管道收缩段进口和空白喉部间隙处引射流体喷嘴喷出的流体，进而形成高能流，之后在收缩渐扩管道的渐扩段减速增压喷出喷嘴，由于出口处中心体的阻挡，流体会由圆环挡板与中心体之间环形空隙部分构成的环形出口喷出，在出口外同时形成大小双涡环，涡环的作用与流体射流相比，涡环能够相对较好的维持原状运动较长时间，且在往复运动的密封件的往复作用下，可以在出口间歇性的不断产生双涡环，使高能流可维持原状运动较长距离，减少能量耗散。
附图说明
图1是间歇式喷嘴示意图;
图2是间歇式喷嘴俯视图;
图3是间歇式喷嘴外同时形成的大小双涡环示意图;
图4是间歇式喷嘴中往复运动的密封件为活塞示意图;
图中标号名称：1 圆柱形筒体，2往复运动的密封件，3收缩渐扩管道，4流体喷嘴，5圆环挡板，6中心体，7出口，8向喷嘴内部收缩的往复运动密封件，9向喷嘴外部扩张的往复运动密封件。
具体实施方式
下面结合图1、图2、图3和图4对一种间歇式喷嘴的工作过程作详细说明。
当往复运动的密封件2向喷嘴外部扩张，达到图1中9位置时，将流体喷嘴4喷出的流体吸取，当往复运动的密封件2向喷嘴内部收缩，达到图1中8位置时，将吸取的流体压缩并送入收缩渐扩管道3中，流体在收缩渐扩管道3的收缩段中实现增速降压，在压力差的作用下，流体会由收缩渐扩管道3收缩段进口和空白喉部间隙处引射流体喷嘴4喷出的流体，进而形成高能流，之后流动至收缩渐扩管道3渐扩段实现减速增压后喷出喷嘴，由于中心体6的阻挡，流体会冲击中心体6下表面，从而向中心体6四周散开，由环形出口7喷出至喷嘴外，由于喷嘴周围以及中心体6前方皆为静止空气，流体受到空气阻力，可得在流体粘性以及外界压差的作用下，流体会向两边散开并卷吸空气，喷出的流体会在喷嘴外同时形成大小双涡环，同时形成的大小双涡环如图3所示。
该过程中当往复运动的密封件为如图4所示的活塞时，依然可重复上述步骤，在喷嘴出口同时产生大小双涡环。
同时形成的大小双涡环相较于流体射流，可维持环状运动较长距离，且由于往复运动的密封件的往复作用，可以在出口间歇性的不断产生双涡环，使高能流可维持原状运动较长距离，减少能量耗散。

Claims (6)

1.一种间歇式喷嘴，其特征在于：
包括圆柱形筒体（1），圆柱形筒体（1）底部固定安装往复运动的密封件（2），圆柱形筒体（1）内部位于往复运动的密封件（2）上方固定安装收缩渐扩管道（3），收缩渐扩管道（3）自下而上包括收缩段、空白喉部间隙和渐扩段，上述圆柱形筒体（1）内壁沿轴向与收缩渐扩管道（3）收缩段中部和出口位于同一高度处按周向固定安装流体喷嘴（4），上述收缩渐扩管道（3）上方的圆柱形筒体（1）最上端固定安装圆环挡板（5），上述圆环挡板（5）的中空位置水平固定安装中心体（6），圆环挡板（5）与中心体（6）之间的环形空隙部分即为出口（7）。
2.根据权利要求1所述的间歇式喷嘴，其特征在于：
所述收缩渐扩管道（3）收缩段进口截面直径尺寸为8-44cm，渐扩段出口截面直径尺寸为7-42cm，空白喉部间隙截面直径尺寸为3-22cm，收缩渐扩管道（3）轴向长度为10-50cm，收缩渐扩管道（3）空白喉部间隙的轴向长度为2-10cm，收缩渐扩管道（3）收缩段壁面与其中心轴线的角度为30°-60°，收缩渐扩管道（3）渐扩段壁面与其中心轴线的角度为30°-70°。
3.根据权利要求1所述的间歇式喷嘴，其特征在于：
所述出口（7）内径为5-20cm，出口（7）外径为7-40cm，出口（7）内径与出口（7）外径之间的差值为2-10cm。
4.根据权利要求1所述的间歇式喷嘴，其特征在于：
往复运动的密封件（2）为压电片或活塞。
5.根据权利要求1所述的间歇式喷嘴，其特征在于：
所述收缩渐扩管道（3）渐扩段出口与圆环挡板（5）下表面之间的轴向距离为1-7cm。
6.根据权利要求1～5所述的间歇式喷嘴及方法，其特征在于以下过程：
往复运动的密封件（2）向喷嘴内部收缩，将流体喷嘴（4）喷出的流体压缩并送入收缩渐扩管道（3）；
被压缩的流体在收缩渐扩管道（3）中，实现增速降压，在收缩渐扩管道（3）收缩段的进口和空白喉部间隙处引射流体喷嘴（4）喷出的流体，之后流动至收缩渐扩管道（3）渐扩段，流体实现减速增压后由喷嘴出口（7）喷出；
在喷嘴出口（7），由于中心体（6）的阻挡，流体会冲击中心体（6）的下表面，继而向中心体（6）四周散开，经由圆环挡板（5）与中心体（6）之间环形空隙部分构成的环形出口（7）喷出，由于喷嘴周围及中心体（6）前方皆为静止空气，在流体粘性和外界压力差的作用下，流体在出口（7）外同时形成大小双涡环。
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