CN113242761A - 涡流发生器装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于流体混合的无叶轮的涡流发生器装置(100)，包括：流体槽(110)，该流体槽包括：第一流体入口端口(112)、第二流体入口端口(113)和流体出口端口(114)，第一流体入口端口(112)包括在流体槽(110)的第一侧壁段(117)和流体槽(110)的第二侧壁段(118)之间的弯曲的流道(120)；以及与第一流体入口端口(112)流体连通的第一流体吸入管(130)；其中，第一流体吸入管(130)基本上设置在流体槽(110)的第一侧壁段(117)的切线上并且对准以将第一流体输送到第一侧壁段(117)的内表面(116)。
Description
领域
本公开总体上涉及一种涡流发生器装置(vortex generator apparatus)。
特别地，本公开涉及一种用于混合流体的涡流发生器装置，以及包括涡流发生器装置的流体工作系统。
背景
在各种行业中，需要有效地混合不同的流体。例如，液体和空气的混合(称为“曝气(aeration)”的过程)可用于增强燃烧，或作为某些工业过程的一部分将颗粒混合到液体中。流体混合的具体示例涉及废水处理，其可能涉及在生物处理过程中进行的曝气。更一般地，混合可以在存在或不存在作为废水处理的一部分的曝气的情况下进行，以在例如需氧或缺氧处理过程中保持颗粒悬浮。
废水处理被认为是公共部门最大的能源需求之一，估计占全球电力消耗的1％到2％。与废水处理相关的部分能源需求可能归因于机械曝气器(mechanical aerator)(诸如表面曝气器)的相对低的效率。鉴于不断增长的人口，这可能导致在容量不足以满足不断增长的需求的情况下产生高运行成本。
因此，非常需要一种用于混合流体以实现增强混合的涡流发生器装置。
概述
根据本公开，提供了一种如所附权利要求中所述的装置。根据从属权利要求和随后的描述，本发明的其他特征将是明显的。
根据示例，提供了一种用于流体混合的无叶轮的涡流发生器装置(100)。其包括流体槽(110)，该流体槽(110)包括第一流体入口端口(112)，第一流体入口端口(112)包括在流体槽(110)的第一侧壁段(117)和流体槽(110)的第二侧壁段(118)之间的弯曲的流道(120)。流体槽可进一步包括第二流体入口端口(113)和流体出口端口(114)。还可提供与第一流体入口端口(112)流体连通的第一流体吸入管(130)。第一流体吸入管(130)可以基本上设置在流体槽(110)的第一侧壁段(117)的切线(tangent)上，并且对准以将第一流体输送到第一侧壁段(117)的内表面(116)。
根据一些示例，第一流体吸入管(130)与流体槽(110)的外表面(119)交界以沿着外表面(119)连通第一流体。
根据一些示例，涡流发生器装置(100)包括布置成与流体出口端口(114)流动连通的流体出口管(150)，该流体出口管(150)包括：发散部分(154)，以及与发散部分(154)串联的柱部分(156)，其中柱部分(156)具有的内径大于流体出口端口(114)的内径。
根据一些示例，第二流体入口端口(113)和流体出口端口(114)之间的距离小于流体出口端口(114)和流体出口管(150)的管出口(152)之间的距离。
根据一些示例，第二流体入口端口(113)、流体出口端口(114)和管出口(152)同心地布置。
根据一些示例，流体出口管(150)的柱部分(156)具有的长度大于第二流体入口端口(113)和流体出口端口(114)之间的距离。
根据一些示例，流体出口管(150)包括与柱部分(156)串联的会聚部分(158)。
根据一些示例，流体槽(110)的侧壁(115)限定了以流体出口端口(114)为中心的螺旋。
根据一些示例，第一流体吸入管(130)包括发散部分(132)。
根据另一个示例，提供了一种流体工作系统(200)，该流体工作系统包括如在前面部分中描述的涡流发生器装置(100)，其中，涡流发生器装置(100)包括可操作以控制通过第二流体入口端口(113)的流速的阀(160)，并且流体工作系统(200)包括控制系统，该控制系统可配置为通过控制阀(160)来调节通过第二流体入口端口(113)的流速。
根据一些示例，控制系统可操作以完全关闭第二流体入口端口(113)。
根据一些示例，流体工作系统(200)包括与第一流体入口端口(112)流动连通的流体泵(220)，控制系统可配置为通过控制流体泵(220)来调节通过第一流体入口端口(112)的流速。
根据一些示例，流体工作系统(200)包括容纳第一流体(10)的第一流体储器(210)，其中，流体出口管(150)浸没在第一流体(10)中。
根据一些示例，涡流发生器(100)完全浸没在第一流体(10)中，并且涡流发生器(100)包括第二流体吸入管(170)，其中，第二流体吸入管(170)的第一端连接到第二流体入口端口(113)并且第二流体吸入管(170)的第二端位于第一流体(10)的外部。
根据一些示例，流体工作系统(200)包括颗粒储器(particle reservoir)，并且其中，第二流体入口端口(113)与颗粒储器流动连通。
附图简述
为了更好地理解本发明，并示出可以如何实现示例实施例，现在将参考附图，在附图中：
图1示出了根据本公开的涡流发生器装置的侧视图；
图2示出了图1所示涡流发生器的俯视图；
图3示出了对应于图1的涡流发生器的截面视图；
图4示出了对应于图2的涡流发生器的局部剖视图；
图5图示了包括图1的涡流发生器的流体工作系统；
图6图示了包括根据本公开的另一个涡流发生器的另一个流体工作系统；
图7示出了根据本公开的又一种涡流发生器装置的截面视图；以及
图8示出了根据本公开的另外的涡流发生器装置的截面视图。
实施例的描述
图1和图2示出了根据本公开的涡流发生器装置100的不同截面视图。
涡流发生器装置100可操作以利用由涡流发生器装置100产生的涡流来混合流体。涡流发生器装置100的构造在下面更详细地描述，该涡流发生器装置100的构造使得产生涡流并且混合流体，即使涡流发生器装置100中不存在叶轮。叶轮是布置成作用于流体的转子或布置成使得流体作用于转子，在某些常规涡流发生器中使用叶轮来产生涡流或回收能量并混合流体，然而根据本公开的涡流发生器装置100是“无叶轮的”。
涡流发生器装置100包括流体槽110。流体槽110(或“壳体”)限定涡流室111，涡流室111被布置成单独地接收流体(例如，不同的流体)并且被布置成一起排放所述流体。流体槽110的涡流室111限定了流体通过槽110的路径，即流路。通过涡流室111的流路是静态流路，它不同于常规涡流发生器中的流路，在常规涡流发生器中，叶轮移动流体或流体移动叶轮，并且因此使流路动态变化。也就是说，通过槽的流路由相对于彼此固定的静态(例如不可旋转的)特征(例如壁)限定。因此通过槽的流路可以仅由相对于彼此固定的静态(例如不可旋转的)特征(例如壁)限定。
流体槽110包括第一流体入口端口112、第二流体入口端口113和流体出口端口114。流体槽110布置成通过第一流体入口端口112和单独地通过第二流体入口端口113接收要混合的流体，并且通过流体出口端口114排放所述流体。流体槽110还包括至少一个侧壁115，该侧壁限定涡流室111。侧壁具有内部表面/内表面116。因此，侧壁115的内表面116界定/限定由流体槽110限定的涡流室111(或“封闭容积”)。
第一流体入口端口112包括弯曲的流道120。弯曲的流道120被限定在流体槽110的侧壁115的第一侧壁段117和流体槽110的侧壁115的第二侧壁段118之间。也就是说，弯曲的流道120由第一侧壁段117和第二侧壁段118界定，使得通过流道120的流被容纳在第一侧壁段117和第二侧壁段118中。换言之，同一侧壁115的第一侧壁段117和第二侧壁段118相对于彼此布置成限定第一流体入口端口112，使其具有弯曲的流路(即弯曲的流道120)。
关于流体槽110的大致圆柱形几何形状，第一侧壁段117是径向外侧壁段，而第二侧壁段118是径向内侧壁段。也就是说，第一侧壁段117位于第二侧壁段118的径向外侧。因此，通过流道120的流被径向地限制。因此，流道120被配置为在围绕侧壁115的内表面116的圆周方向上引导流动。
涡流发生器装置100包括第一流体吸入管130。第一流体吸入管130与第一流体入口端口112流体连通。适当地，第一流体吸入管130联接至第一流体入口端口112或与第一流体入口端口112一体形成，以将流体连通至流体槽110。根据本示例，第一流体吸入管130是直的，即不包括弯曲的部分。
第一流体吸入管130可以与流体槽110的外表面119交界以沿着外表面119连通第一流体。换言之，第二侧壁段118可以从侧壁115的与第一流体吸入管130形成界面的部分延伸，使得侧壁115的外表面119延伸以提供流道120的流动表面。
流体吸入管130基本上设置在流体槽110的侧壁115的切线上并且对准以将第一流体输送到侧壁115的内表面116。所描述的布置使得通过第一流体入口端口112注入的流体在流体槽110中回旋，从而通过循环原理在其中形成涡流。根据本示例，侧壁115的长度使得侧壁围绕流体旋转轴线140延伸至少一整圈。换言之，侧壁115的弧长使得侧壁达到至少一圈。
图3和图4示出了涡流发生器装置100的局部剖视图。图3是对应于图1的视图的局部剖视图，而图3是对应于图2的视图的局部剖视图。
流体槽110布置成关于流体旋转轴线140大致对称，涡流围绕该流体旋转轴线140形成。特别地，侧壁114被布置成限定以流体旋转轴线140为中心的对数螺旋。
流体槽110的侧壁115沿流体旋转轴线140延伸，并围绕流体旋转轴线140延伸。更具体地，侧壁115沿着流体旋转轴线140延伸对应于流体槽110的深度的长度，而侧壁115围绕流体旋转轴线140延伸以完全封闭流体旋转轴线140。根据本示例，侧壁115弯曲以包围流体旋转轴线140以限定大致圆柱形的室111。这使得同一侧壁115的第一侧壁段117和第二侧壁段118能够相对于彼此径向布置以限定第一流体入口端口112，使其具有弯曲的流路(即弯曲的流道120)。每个侧壁段117、118围绕流体旋转轴线140弯曲。也就是说，第一侧壁段117限定具有第一半径的第一弧，第二侧壁段118限定具有第二半径的第二弧，第一半径大于第二半径，使得侧壁段117、118彼此径向间隔开。这确保了流场在径向方向上的切向速度和径向速度的良好对称分布以及竖直轴线上速度分布曲线的均匀分布。
流体槽110的侧壁115平行于流体旋转轴线140延伸，并且侧壁115围绕流体旋转轴线140延伸以限定以流体旋转轴线140为中心的螺旋。也就是说，侧壁115和流体旋转轴线140之间的间隔对于围绕流体旋转轴线的不同角位置而不同。因此可以限定螺旋，根据该螺旋，侧壁115和流体旋转轴线140之间的间隔围绕流体旋转轴线140连续减小。该螺旋可以是例如对数螺旋、阿基米德螺旋或双曲螺旋。
第一流体吸入管130被布置成将流体注入到流体槽110中，从而围绕流体旋转轴线140产生涡流。流体吸入管130包括多个部分132、134。根据本示例，第一吸入管部分132和第二吸入管部分134串联设置。第二吸入管部分134被布置成通过第一流体入口端口112将流体排放到流体槽110中。更具体地，第二吸入管部分134被布置成与侧壁115的曲率相切地接合流体槽110，并终止于第一流体入口112。
第一吸入管部分132(或“发散吸入管部分”)被布置成使得第一吸入管部分132的内部横截面沿着流动方向增加。因此，第一吸入管部分132的内部横截面朝向第二吸入管部分134增加。
第二流体入口端口113和流体出口端口114被布置为同心的。更具体地，第二流体入口端口113和流体出口端口114在流体槽110的相对端处以流体旋转轴线140为中心。
流体出口管150被设置为与流体出口端口114流体连通。出口管150远离流体出口端口114延伸以连通从流体槽110排放的流体。也就是说，出口150被布置为从流体槽110接收流体并通过管出口152排放所述流体。适当地，第一流体吸入管130联接到流体出口端口114或与流体出口端口114一体形成。
类似于流体槽110，流体出口管150限定了静态流路。也就是说，没有叶轮位于流体出口端口114的下游。换句话说，流体出口管150限定了空通道，该空通道被配置为连通来自流体槽110的流体。换言之，通过流体出口管150的流路由相对于彼此固定的静态(例如，不可旋转的)特征(例如，壁)限定。因此通过流体出口管150的流路可以仅由相对于彼此固定的静态(例如不可旋转的)特征(例如壁)限定。
流体出口管150沿流体旋转轴线140延伸。流体出口管150具有沿着流体旋转轴线140的长度，该长度可以小于、大于或近似等于流体槽110的深度。根据本示例，流体出口管150沿流体旋转轴线140跨越比流体槽110更大的距离。换句话说，流体出口管150的长度大于流体槽110的深度。
流体出口管150包括发散部分154(或“发散壁部分”)和柱部分156(或“平行壁部分”/“圆柱形部分”)。发散部分154被布置成使得出口管150的内径在流体出口端口114的下游增加，使得下游柱部分156具有大于流体出口端口114的内径。根据本示例，发散壁部分154是截头圆锥形的。
从发散部分154延伸的柱部分156通常是直的，沿着流路既不会聚也不发散。即，柱部分156围绕流体旋转轴线140形成直的圆柱形边界。换句话说，柱部分156具有沿柱部分156基本上恒定的内径。
涡流发生器装置100包括控制阀160或其他流量调节设备。该阀可以设置为任何合适类型的流量控制阀。例如，该阀可以设置为四分之一回转球阀或蝶阀，其可以设置有用于关闭的电动致动器，诸如0-90度致动器。
阀160可操作以控制通过第二流体入口端口113的流速。更具体地，阀160可操作以部分地或完全地关闭第二流体入口端口113以降低通过第二流体入口端口113的流速。也就是说，阀160可以在打开构造、部分关闭构造和完全关闭构造之间可调节。
图5示出了包括涡流发生器100的示例性流体工作系统200。
在本公开的上下文中，“流体工作系统”是一种组件和/或布置，其中由系统的一部分对流体做功，和/或其中流体对该装置或系统的一部分做功。换言之，“流体工作系统”是一种其中流体由该系统处理的组件和/或布置。
流体工作系统200的涡流发生器装置100可用于多种应用，其中，操作模式可根据特定应用而变化。
流体工作系统200包括第一流体储器210。流体工作系统200是一种液体源，诸如，例如盐水源或废水源。流体工作系统200还包括流体泵220。流体泵220与第一流体储器210和第一流体吸入管130流体连通以从流体储器210抽取流体。流体泵220可以设置为轴流泵或混流泵。流体泵220也可以设置为离心泵或超低扬程卧式泵(ultra-low-headhorizontal pump)。流体泵220可以利用变速驱动器来调节流速。
流体工作系统200还包括第二流体储器230，该第二流体储器在该示例中是环境大气，并且第二流体入口端口113被设置为与第二流体储器230流体连通。
出口管出口152浸没在第一流体储器210中的第一流体的表面之下，从而将第一流体和第二流体的混合物输送到第一流体储器210。可以看出，液体的涡流形成有穿过其延伸的空气芯，从而导致曝气液体从出口管出口152排放。
应注意，泵220可包括叶轮。然而，与涡流发生器装置100相反，由于泵200是较大流体工作系统的一部分，所述装置100保持是无叶轮的。
流体工作系统200包括控制系统240。控制系统240可配置(例如可操作)以通过适当地控制泵220以调节泵送速率来调节通过第一流体入口端口112的流速。
控制系统240进一步可配置(例如可操作)以通过适当地控制阀160来调节通过第二流体入口端口113的流速。特别地，控制系统240可以被配置(例如可操作)以控制阀160来降低通过第二流体入口端口113的流速，并且相应地，控制泵220以降低通过第一流体入口端口112的流速。
控制系统240可以是可配置的(例如可操作的)以完全关闭阀160，从而停止通过第二流体入口端口113的流动。
在操作中，由流体泵220泵送的第一流体10被供应到第一流体吸入管130。待处理或混合的第一流体10(或“初级流体”)行进通过流体吸入管130并被输送到流体槽110。特别地，第一流体吸入管130基本上设置在流体槽110的侧壁115的切线上并且对准以将第一流体10输送到侧壁115的内表面116。因此，第一流体10受到围绕流体旋转轴线140的回旋和循环，从而促进涡流的形成。当第一流体10行进通过第一流体入口端口112时，第一流体10被限制到第一侧壁段117和第二侧壁段118之间形成的弯曲的流道120，以通过第一流体吸入管130帮助从线性流过渡到流体槽110内的涡流。因此，弯曲的流道120引导注入到流体槽110中的流，并且弯曲的流道120将注入到流体槽110中的流与流体槽110内的涡流分离。
第一流体10的流动引起压差，结果是第二流体20(或“次级流体”)被吸入流体槽110中。也就是说，第二流体20在第一流体10的作用下被吸入。这致使第一流体10和第二流体20协作以产生围绕流体旋转轴线140的涡流。
该流包括围绕第二流体20的中央芯部回旋的第一流体10的涡流，该中央芯部是以出口端口114为中心的准圆柱形区域。当第一流体10和第二流体20通过流体出口端口114离开流体槽110时涡流被保持，使得涡流也以环形射流的形式延伸通过流体出口管150。更具体地，出口管150保持涡流的稳定性并将其引导至第一流体储器210。
最终，流体10、20的混合物穿过管出口152。根据本示例，管出口152位于第一流体储器210的表面下方。这样的布置能够实现混合，并且视情况而定，能够实现曝气。由于管出口152位于第一流体10的表面下方，因此在第二流体入口端口114和涡流的下侧之间没有空气动力连接。
相反，在涡流室和接收流体储器210之间存在第一流体连接。因此，当第一流体10从流体槽110行进时，环形射流夹带第二流体20，第二流体20通过在出口管150内部的插入环形射流而得到进一步改善。
在第二流体20当浸没在第一流体10中时浮起来的情况下，诸如在空气(即第二流体)和废水(即第一流体)的情况下，在出口管150内形成气泡柱。气泡柱包含第二流体20的气泡，该气泡在出口管150内保持悬浮状态持续延长的时间段，既不通过管出口152逸出也不通过流体出口端口114逸出，以进一步改善混合和传质。
通过控制阀160，可以降低第二流体20的流速以确保优化的混合比。此外，通过完全关闭阀160，涡流发生器装置100从第一操作模式进入第二操作模式。在第一操作模式中，涡流发生器装置100进行多相流体混合，而在第二操作模式中，涡流发生器装置100进行单相混合(或“纯混合”)。
在阀160部分关闭或完全关闭的情况下，不能在流体槽110和出口管150内更换第二流体20。这致使部分真空的产生，从而导致第一流体表面在流体槽110内上升。在阀160部分关闭的情况下，这致使有限的多相流。在阀160完全关闭的情况下，产生纯单相流。
根据本公开，涡流发生器装置设置有与流体槽相切地布置的流体吸入管。这导致第一流体在流体槽内的循环并致使涡流的形成。结果，导致第二流体抽吸到涡流的芯部中并且提供第一流体和第二流体的混合。
此外，涡流发生器装置利用静态几何结构来产生涡流。也就是说，涡流发生器装置是“无叶轮的”，因为第一流体吸入管和流体槽的特定构造足以产生稳定的涡流。因此，涡流发生器装置具有简化的结构和更少的部件，使得可以提高涡流发生器装置的生产成本效率。此外，可能需要进行较少的维护工作和修理，特别是考虑到以其他方式检修叶轮所需的维护工作，从而也可以降低运行成本。此外，与利用叶轮的常规装置相比，流体混合的效率可以保持相对更长的时间，因为无叶轮的涡流发生器装置比带有叶轮的涡流发生器更不容易结垢和磨损。
此外，借助于弯曲的流道可以实现改进的流动过渡。也就是说，弯曲的流道引导通过第一流体入口管接收到的流，从而改变所述流的流动性质以产生涡流。例如，来自第一流体吸入管的线性流因此可以过渡为涡流。此外，弯曲的流道将流道内部的流(即过渡过程中的流)与流体槽内的涡流(即，已经过渡的流)分开。
沿流体槽的外表面输送第一流体致使第一流体的流沿流体槽的轮廓行进。通过赋予由流体槽的轮廓确定的流路，可以进一步改善第一流体的流到涡流的过渡。特别地，所述过渡因此可以在第一流体入口端口的上游开始。
由于发散部分154的内径扩大，通过发散部分154的流将被减慢，使得该流在流体出口管150内保持增加的持续时间以确保改善的传质条件。
流体出口管150的长度影响该流在流体出口管150内花费的持续时间。与流体槽110的深度(即第二流体入口端口113和流体出口端口114之间的距离)相比，通过适当增加流体出口管150的长度，可以改善流体的混合，因为涡流发生器装置100引起流体在流体出口端口150内的混合。
第二流体入口端口113和以流体出口端口114为中心的侧壁115可以进一步改善流动分布和流动速度以进一步改善产生的芯部。
流体出口管150的柱部分156的长度可以进一步改善涡流发生器装置100内的流体混合。特别地，通过提供具有大于流体槽110的深度(即第二流体入口端口113和流体出口端口114之间的距离)的长度的柱部分156，可以改善流体混合。特别是在通过第二流体入口端口113接收到的流体在所产生的涡流中浮起来的情况下，如此延伸的柱部分156可以进一步改善混合结果。
柱部分156下游的会聚部分158通过以下方式起作用：在饱和流体混合物被注入到第一流体储器210中时增加饱和流体混合物的排放速度来进一步促进第一流体储器中的混合。会聚部分位于发散管和柱部分下游的足够距离处，使得速度的增加不会干扰前面提到的传质条件。会聚部分还允许相应地容易适应下游流体流和管道系统。
布置侧壁115以限制沿着螺旋通过流体槽110的流动可以改善流动分布和流动速度，从而可以产生稳定的涡流和芯部。对数螺旋可以提供特别均匀的流动和速度分布，从而进一步提高涡流和芯部的稳定性。
吸入管130的发散部分132提供朝向第一流体入口端口112增加的内横截面，这可以减少进入流体槽110的流的能量损失。附加地或可替代地，发散部分134可以减少涡流发生器装置100的下游部分(诸如流体槽110)的堵塞和结垢。
通过控制通过第二流体入口端口113的流速，可能的是，可以调节被混合的流体的优化混合比。因此，例如，可以改善废水处理的曝气，以使氧气的输送与实际的氧气需求相匹配。特别是在涡流发生器100以降低的容量运行的情况下，涡流发生器100的优化性能因此可以与流速和泵功率的降低保持一致。
通过提供可操作以打开和关闭的阀，系统可以在阀打开时以多相混合操作，并且可替代地，在阀完全关闭时以单相混合操作。
通过配置控制系统以控制通过两个流体入口端口112、113的流体吸入，可以调节通过涡流发生器装置(100)的流体流动，同时通过确保优化的通过流体入口端口112、113的吸入率来保持高效率。这也可以允许严格控制用于混合的第二流体传质。
通过将出口管150定位在第一流体10内并且将第二流体入口113定位在第一流体10的外部，防止了第二流体入口113和出口管150之间的空气动力连接。因此，流体混合系统200可操作以通过适当地控制通过第二流体入口端口113的流速来产生多相流或单相流。
通过提供从浸没式涡流发生器装置100延伸到第二流体储器230的第二流体吸入管170，能够将第二流体20输送到完全浸没式涡流发生器装置100。
引起流体通过第二流体入口端口113被吸入的压差可用于从颗粒储器(或“供应源”)中吸出颗粒。例如，这样的颗粒可以溶解到存在于涡流装置发生器100内的流体中。
流体槽可以被密封以使其可以被加压。在其他示例中，槽中的第一流体液位可以使得该槽中的流体始终具有自由表面。
第一流体源可以是液体源，其中该源是自由流动的(例如来自河流，或从高架储器沿管道向下)或是在压力下泵送的源(例如来自加压或泵送源)。第一流体也可以是从加压或泵送源输送的气体。第二流体源可以是局部大气/环境，在第一流体的作用下吸入气态空气，或者是在第一流体的作用下被吸入流体槽中的保持在储器中的液体，或者是来加压或泵送源的被输送到流体/回旋槽中的与第一流体的流动特性无关的气体或液体。第二流体源还可以包括与第二流体一起被吸入流体槽中的诸如粉状化学品的颗粒供应源。
图6示出了流体工作系统200的另一个示例。该示例系统200与图5的系统200的不同之处在于涡流发生器装置100完全浸没在第一流体10中。在这种情况下，次级流体入口端口113可以设置有延伸的流体吸入管170(或“第二流体吸入管”)。延伸的流体吸入管170延伸经过第一流体10的表面，从而允许第二流体20被吸入涡流发生器装置100中。在第二流体20是空气的情况下，这使得能够从第一流体10的自由表面上方的大气中抽吸空气。在没有提供延伸的流体吸入管170并且涡流发生器100完全浸没的情况下，涡流发生器100被布置为混合容纳在第一流体储器210中的内容物，因为第二流体吸入端口113从涡流发生器100上方的区域抽吸流体并与通过第一流体入口端口112输送的内容物混合。
图7示出了涡流发生器装置100的另一个示例。根据该示例，流体出口管150设置有延伸柱部分156。也就是说，柱部分156具有的长度大于流体槽110的深度。换句话说，柱部分156具有的长度大于流体出口端口114和第二流体入口端口113之间的距离。
流体出口管150包括会聚部分158。会聚部分18(或“会聚壁部分”)从柱部分156延伸。会聚部分158被布置成使得出口管150的内径从柱部分156向下游减小，即向管出口152变窄。
图8是涡流发生器装置100的另外的示例。根据前述示例，流体槽110包括单个涡流室111。根据其他示例，诸如图8中图示的示例，提供了多个涡流室111。
根据图8的示例，涡流发生器装置100包括两个涡流室111，每个涡流室被配置为在其中产生涡流。根据该示例，提供分流器121以在第一涡流室111和第二涡流室111之间划分第一流体10的流。更具体地，分流器121被设置为流体槽110的侧壁115的上游延伸部，所述侧壁115限定每个涡流室111。
总之，已经描述了无叶轮的涡流发生器装置和包括所述装置的系统的示例性实施例。所描述的示例性实施例提供了用于混合流体的改进的涡流发生器。
因此，提供了一种系统，与现有技术的示例相比，该系统水平(径向)地和竖直(轴向)地都在整个流体槽中实现了改进的流动分布。这是由于以下原因实现的：流体入口端口被配置并且可操作以提供从线性流到涡流的良好过渡，从而在流场中的径向流动条件中产生良好的对称性。该改进的流动分布由于以下原因进一步实现：在流体槽的竖直范围内的几何形状没有不连续性，这确保了在流体槽内的轴向方向上存在良好的流体动力学分布。与相关技术的示例相比，这些方面限制了能量损失并促进了流动稳定性。
该装置和系统可以在工业上制造。示例实施例的工业应用将从本文的讨论中是清楚的。
尽管已经示出和描述了本发明的优选实施例，但是本领域技术人员将理解，在不脱离如权利要求中限定的本发明的范围的情况下可以作出改变。
Claims (15)
1.一种用于流体混合的无叶轮的涡流发生器装置(100)，包括：
流体槽(110)，所述流体槽由侧壁(115)限定并且包括：
第一流体入口端口(112)，
所述第一流体入口端口(112)包括弯曲的流道(120)，所述弯曲的流道限定在所述流体槽(110)的侧壁(115)的第一侧壁段(117)和所述流体槽(110)的侧壁(115)的第二侧壁段(118)之间；
第二流体入口端口(113)，以及
流体出口端口(114)；以及
第一流体吸入管(130)，所述第一流体吸入管与所述第一流体入口端口(112)流体连通；
其中，所述第一流体吸入管(130)基本上设置在所述流体槽(110)的侧壁(115)的所述第一侧壁段(117)的切线上并且对准以将第一流体输送到所述第一侧壁段(117)的内表面(116)。
2.根据权利要求1所述的涡流发生器装置(100)，其中，所述第一流体吸入管(130)与所述流体槽(110)的外表面(119)交界以沿所述外表面(119)连通所述第一流体。
3.根据权利要求1或2所述的涡流发生器装置(100)，包括：
流体出口管(150)，所述流体出口管布置成与所述流体出口端口(114)流动连通，所述流体出口管(150)包括：
发散部分(154)，以及
柱部分(156)，所述柱部分与所述发散部分(154)串联，
其中，所述柱部分(156)具有比所述流体出口端口(114)的内部横截面面积大的内部横截面面积。
4.根据权利要求3所述的涡流发生器装置(100)，其中，所述第二流体入口端口(113)和所述流体出口端口(114)之间的距离小于所述流体出口端口(114)和所述流体出口管(150)的管出口(152)之间的距离。
5.根据权利要求4所述的涡流发生器装置(100)，其中，
所述第二流体入口端口(113)、所述流体出口端口(114)和所述管出口(152)同心地布置。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的涡流发生器装置(100)，其中，所述流体出口管(150)的所述柱部分(156)具有比所述第二流体入口端口(113)和所述流体出口端口(114)之间的距离大的长度。
7.根据权利要求3至6所述的涡流发生器装置(100)，其中，
所述流体出口管(150)包括与所述柱部分(156)串联的会聚部分(158)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的涡流发生器装置(100)，其中，
所述流体槽(110)的所述侧壁(115)限定以所述流体出口端口(114)为中心的螺旋。
9.根据前述权利要求中任一项所述的涡流发生器装置(100)，其中，所述第一流体吸入管(130)包括发散部分(132)。
10.一种流体工作系统(200)，包括根据权利要求1至9中任一项所述的涡流发生器装置(100)，其中，
所述涡流发生器装置(100)包括阀(160)，所述阀是可操作的以控制通过所述第二流体入口端口(113)的流速，并且
所述流体工作系统(200)包括控制系统，所述控制系统能够配置为通过控制所述阀(160)来调节通过所述第二流体入口端口(113)的所述流速。
11.根据权利要求10所述的流体工作系统(200)，其中，所述控制系统是可操作的以完全关闭所述第二流体入口端口(113)。
12.根据权利要求10或11所述的流体工作系统(200)，包括：
流体泵(22)，所述流体泵与所述第一流体入口端口(112)流动连通，
控制系统，所述控制系统能够配置为通过控制所述流体泵(220)来调节通过所述第一流体入口端口(112)的流速。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的流体工作系统(200)，包括容纳所述第一流体(10)的第一流体储器(210)，其中，所述流体出口管出口(152)浸没在所述第一流体(10)中。
14.根据权利要求13所述的流体工作系统(200)，所述涡流发生器(100)完全浸没在所述第一流体(10)中，并且
所述涡流发生器(100)包括第二流体吸入管(170)，其中，所述第二流体吸入管(170)的第一端连接到所述第二流体入口端口(113)，并且所述第二流体吸入管(170)的第二端位于所述第一流体(10)的外部。
15.根据权利要求10至14中任一项所述的流体工作系统(200)，包括颗粒储器，并且其中，所述第二流体入口端口(113)与所述颗粒储器流动连通。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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