CN113404747B - 一种出口同相位控制及频率解耦振荡器 - Google Patents

一种出口同相位控制及频率解耦振荡器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种出口同相位控制及频率解耦振荡器，包括：母板和子板，母板内设有脉冲振荡器，脉冲振荡器的振荡器第一母流道内依次设有多个第一控制端口，振荡器第二母流道中依次设有多个第二控制端口；子板内设有多个子层单元，子层单元包括第一子流道、第二子流道和喷流出口，第一子流道和第二子流道的输出端均连接至喷流出口的输入端，且第一子流道和第二子流道的输出端交叉设置，所有子层单元的第一子流道的输出端的角度一致，同理，第二子流道的输出端的角度一致，所有子层单元的第一子流道的输入端分别连接至各第一控制端口，第二子流道的输入端分别连接至各第二控制端口。与现有技术相比，本发明具有出口同相位控制及频率可调等优点。

Description

一种出口同相位控制及频率解耦振荡器
技术领域
本发明涉及流体振荡器领域，尤其是涉及一种出口同相位控制及频率解耦振荡器。
背景技术
现有的流体振荡器是一种不需要机械移动部件，即可在出口产生连续振荡的射流的器件，它的基本原理是：当一定压力的流体从入口进入到流体振荡器混合腔中时，由于康达效应，主流必然会依附在一侧的壁面上，从而沿着壁面继续流动，当流体流经出口喉部从出口流出时，一部分流体沿反馈通道流回主流的根部，促使主流翻转，依附到另一侧的壁面上，这时射流出口便会同时翻转到另一侧产生振荡的效果，如此周而复始，形成连续的振荡效果。由于其出色的可缩放性和工作稳定性、可以产生从几赫兹到几万赫兹的随流量线性增长的频率，这种器件已经在流动控制和强化换热领域吸引了越来越多的科学家和工程师的目光。近几十年，流体振荡器在诸如分离控制、噪音抑制、钝体减阻、燃烧控制、换热增强等问题上取得了广泛的成功。
但是若将该振荡器进行阵列布置时，无论阵列振荡器结构的进气通道如何设计，都不可避免的会出现一个问题，即相邻的振荡器出口可能会产生反向的振荡，这不仅不会产生理想的效果，可能会造成能量和动量的浪费甚至会给所要控制的流场带来更恶化的效果。而且射流的振荡频率严重依赖于体积流量。这两个不足对流体振荡器的应用带来了一定的挑战。因此需要开发一种新型的流体振荡器，使其振荡射流阵列的所有出口在不需要任何外界控制的情况下也可以实现同相位振荡，提高控制效率，降低能量消耗。
发明内容
本发明的目的就是为了提供一种出口同相位控制及频率解耦振荡器，通过上述特殊的母板和子板结构，当给母板注入流体时，会在子层的出口产生相同相位的振荡射流，即同时向左侧偏转或同时向右侧偏转，不会出现相邻出口的反向冲击造成能量的浪费，可以提高控制效率，节省气源消耗。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种出口同相位控制及频率解耦振荡器，包括：
母板和子板，
所述母板内设有脉冲振荡器，所述脉冲振荡器包括振荡器入流进口、振荡器喉部、振荡器第一母流道和振荡器第二母流道，所述振荡器入流进口的输出端连接至振荡器喉部，所述振荡器第一母流道和振荡器第二母流道的输入端和输出端均连接至振荡器喉部，所述振荡器第一母流道内依次设有多个第一控制端口，振荡器第二母流道中依次设有多个第二控制端口；
所述子板内设有多个子层单元，所述子层单元包括第一子流道、第二子流道和喷流出口，所述第一子流道和第二子流道的输出端均连接至喷流出口的输入端，且第一子流道和第二子流道的输出端交叉设置，所有子层单元的第一子流道的输出端的角度一致，所有子层单元的第二子流道的输出端的角度一致，所有子层单元的第一子流道的输入端分别对应连接至各第一控制端口，第二子流道的输入端分别对应连接至各第二控制端口。
所述第一子流道和第二子流道的起始段平行设置并与脉冲振荡器的轴向垂直。
所述母板上还设有振荡器入流管接口，该振荡器入流管接口与振荡器入流进口相通。
所述振荡器入流进口和振荡器喉部之间设有振荡器入流收缩段。
所述第一母流道包括第一主流道和第一回流流道，所述第一主流道的输入端连接至振荡器喉部，输出端连接至第一回流流道的输入端，所述第一回流流道的输出端连接至振荡器喉部，所述第二母流道包括第二主流道和第二回流流道，所述第二主流道的输入端连接至振荡器喉部，输出端连接至第二回流流道的输入端，所述第二回流流道的输出端连接至振荡器喉部，所有第一控制端口均设于第一主流道中，所有第二控制端口均设于第二主流道中。
所述第一控制端口和第二控制端口的数量均为2个。
所述第一母流道和第二母流道轴对称设计，且各第二控制端口相对于通次序第一控制端口的位置相对于气流方向靠后设置。
所述振荡器入流进口位于第一母流道和第二母流道的对称轴上。
所述母板位于子板的下方。
所述母板上设置贯通的螺纹孔。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)通过上述特殊的母板和子板结构，当给母板注入流体时，会在子层的出口产生相同相位的振荡射流，即同时向左侧偏转或同时向右侧偏转，不会出现相邻出口的反向冲击造成能量的浪费，可以提高控制效率，节省气源消耗。
2)第一子流道和第二子流道的起始段平行设置并与脉冲振荡器的轴向垂直，可以简化结构设计，缩短气流距离，可以提高控制效率，节省气源消耗。
3)所有第一控制端口均设于第一主流道中，所有第二控制端口均设于第二主流道中，提高稳定性。
4)当注入母板的流体入口压力高于1.5bar时，会在振荡器喉部发生节流效应，使在母板内的流体运动速度不变，也就是说振荡周期不变；当提高入口压力和流量时，频率基本保持不变，唯一改变的只有出口速度的振幅分布。子板频率受母板控制，且与母板一致也保持不变，在当注入母板的流体入口压力高于1.5bar时，可以通过更改振荡器第一母流道和振荡器第二母流道的长度来控制稳定工作频率，且工作频率与振荡器两侧流道的长度呈反比，实现频率控制。
附图说明
图1为本发明实施例出口同相位控制及频率解耦振荡器的结构示意图；
图2为本发明实施例出口同相位控制及频率解耦振荡器的侧视图；
图3为本发明实施例出口同相位控制及频率解耦振荡器的母板剖视图；
图4为本发明实施例出口同相位控制及频率解耦振荡器的子板剖视图；
图5为本发明实施例出口同相位控制及频率解耦振荡器的频率特性；
其中：1、母板，2、振荡器入流管接口，3、连接管Ⅰ，4、连接管Ⅱ，5、连接管Ⅲ，6、连接管Ⅳ，7、子板，8、螺纹孔，9、振荡器入流进口，10、振荡器入流收缩段，11、振荡器喉部，12、振荡器第一母流道，13、振荡器第二母流道，141、振荡器第一母流道Ⅰ段，142、振荡器第二母流道Ⅰ段，151、控制端口Ⅰ，152、控制端口Ⅱ，161、振荡器第一母流道Ⅱ段，162、振荡器第二母流道Ⅱ段，171、控制端口Ⅲ，172、控制端口Ⅳ，181、振荡器第一母流道Ⅲ段，182、振荡器第二母流道Ⅲ段，191、子层单元Ⅰ，192、子层单元Ⅱ，201、右入流进口Ⅰ，202、右入流进口Ⅱ，211、左入流进口Ⅰ，212、左入流进口Ⅱ，221、右控制流道Ⅰ，222、左控制流道Ⅱ，231、左控制流道Ⅰ，232、右控制流道Ⅱ，241、扩张型出口壁面Ⅰ，242、扩张型出口壁面Ⅱ，251、喷流出口Ⅰ，252、喷流出口Ⅱ。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
一种出口同相位控制及频率解耦振荡器，如图1至图4所示，包括：
母板1和子板7，
母板1内设有脉冲振荡器，脉冲振荡器包括振荡器入流进口9、振荡器喉部11、振荡器第一母流道12和振荡器第二母流道13，振荡器入流进口9的输出端连接至振荡器喉部11，振荡器第一母流道12和振荡器第二母流道13的输入端和输出端均连接至振荡器喉部11，振荡器第一母流道12内依次设有多个第一控制端口，振荡器第二母流道13中依次设有多个第二控制端口；
子板7内设有多个子层单元，子层单元包括第一子流道、第二子流道和喷流出口251，第一子流道和第二子流道的输出端均连接至喷流出口251的输入端，且第一子流道和第二子流道的输出端交叉设置，所有子层单元的第一子流道的输出端的角度一致，所有子层单元的第二子流道的输出端的角度一致，所有子层单元的第一子流道的输入端分别对应连接至各第一控制端口，第二子流道的输入端分别对应连接至各第二控制端口。
通过上述特殊的母板和子板结构，当给母板注入流体时，会在子层的出口产生相同相位的振荡射流，即同时向左侧偏转或同时向右侧偏转，不会出现相邻出口的反向冲击造成能量的浪费，可以提高控制效率，节省气源消耗。
在一些实施例中，母板1位于子板7的下方，第一子流道和第二子流道的起始段平行设置并与脉冲振荡器的轴向垂直，可以简化结构设计，缩短气流距离，可以提高控制效率，节省气源消耗。
在一些实施例中，第一母流道12包括第一主流道和第一回流流道，第一主流道的输入端连接至振荡器喉部11，输出端连接至第一回流流道的输入端，第一回流流道的输出端连接至振荡器喉部11，第二母流道13包括第二主流道和第二回流流道，第二主流道的输入端连接至振荡器喉部11，输出端连接至第二回流流道的输入端，第二回流流道的输出端连接至振荡器喉部11，所有第一控制端口均设于第一主流道中，所有第二控制端口均设于第二主流道中，提高稳定性。第一母流道12和第二母流道13轴对称设计，且各第二控制端口相对于通次序第一控制端口的位置相对于气流方向靠后设置。
具体的，参见图1，一种出口同相位控制及频率解耦振荡器从入口射流到出口依次包括：母板1、振荡器入流管接口2、连接管Ⅰ3、连接管Ⅱ4、连接管Ⅲ5、连接管Ⅳ6和子板7。
参见图3，母板1为方形壳体，内部设置振荡器流道，主要包括：振荡器入流进口9、振荡器入流收缩段10、振荡器喉部11、振荡器第一母流道12、振荡器第二母流道13。其中，振荡器第一母流道12也可以被成为振荡器左流道，振荡器第二母流道13也可以被成为振荡器右流道。振荡器入流进口9、振荡器入流收缩段10和振荡器喉部11位于母板1的中轴线且由前向后依次连接。振荡器喉部11与振荡器第一母流道12和振荡器第二母流道13对称连接。振荡器第一母流道12和振荡器第二母流道13沿中轴线对称分布。振荡器第一母流道12内包含振荡器第一母流道Ⅰ段141、控制端口Ⅰ151、振荡器第一母流道Ⅱ段161、控制端口Ⅲ171和振荡器第一母流道Ⅲ段181。振荡器第二母流道13内包含振荡器第二母流道Ⅰ段142、控制端口Ⅱ152、振荡器第二母流道Ⅱ段162、控制端口Ⅳ172和振荡器第二母流道Ⅲ段182，其中，控制端口Ⅰ151和控制端口Ⅲ171为第一控制端口，控制端口Ⅱ152和控制端口Ⅳ172为第二控制端口，母板1上有贯穿的螺纹孔8。
参见图4，子板7为方形壳体，内部设置子层单元Ⅰ191和子层单元Ⅱ192。子层单元Ⅰ191设置有右入流进口Ⅰ201、左入流进口Ⅰ211、右控制流道Ⅰ221、左控制流道Ⅰ231、扩张型出口壁面Ⅰ241和喷流出口Ⅰ251。子层单元Ⅱ192设置有右入流进口Ⅱ202、左入流进口Ⅱ212、左控制流道Ⅱ222、右控制流道Ⅱ232、扩张型出口壁面Ⅱ242和喷流出口Ⅱ252。其中，右控制流道Ⅰ和右控制流道Ⅱ232为第二子流道。
参见图1，母板1和子板7之间通过连接管Ⅰ3、连接管Ⅱ4、连接管Ⅲ5、连接管Ⅳ6连接，除此之外无其他连接方式。连接管Ⅰ3将控制端口Ⅰ151和左入流进口Ⅰ211连通；连接管Ⅱ4将控制端口Ⅱ152和右入流进口Ⅰ201连通；连接管Ⅲ5将控制端口Ⅲ171和左入流进口Ⅱ212连通；连接管Ⅳ6将控制端口Ⅳ172和右入流进口Ⅱ202连通。
工作时，压力流体从母板1的振荡器入流进口9流入。
(1)当主射流偏向左侧时即处于振荡相位1时，流体分别流经振荡器第一母流道Ⅰ段141、振荡器第一母流道Ⅱ段161和振荡器第一母流道Ⅲ段181，并到达喉部11；当流体到达控制端口Ⅰ151和控制端口Ⅲ171时，一部分流体经过连接管Ⅰ3和连接管Ⅲ5到达子板的左入流进口Ⅰ211和左入流进口Ⅱ212，接着流经左控制流道Ⅰ231和左控制流道Ⅱ222，到达喷流出口Ⅰ251和喷流出口Ⅱ252，形成同时向右偏的射流。
(2)到达喉部的流体推动主射流向右侧发生偏转即处于振荡相位2时，流体分别流经振荡器第二母流道Ⅰ段142、振荡器第二母流道Ⅱ段162和振荡器第二母流道Ⅲ段182，并到达喉部11；当流体到达控制端口Ⅱ152和控制端口Ⅳ172时，一部分流体经过连接管Ⅱ5和连接管Ⅳ6到达子板的右入流进口Ⅰ201和右入流进口Ⅱ202，接着流经右控制流道Ⅰ221和右控制流道Ⅱ232，到达喷流出口Ⅰ251和喷流出口Ⅱ252，形成同时向左偏的射流。
由此仅通过向母板1通入气流，就实现了子板7两个出口射流的同相位控制。
(3)如图5所示，当从母板1的振荡器入流进口9进入的流体压力在1.5bar以上，便会在振荡器喉部11产生节流效应，使流体在振荡器的振荡器第一母流道12和振荡器第二母流道13中的传播速度不会继续增加，而是保持不变。流体传播速度的不变造成了振荡周期也保持不变。子板的频率与母板一致，也保持不变。由此可以看出，母板结构是振荡产生的来源，因此外部射流的振荡频率只会依赖于母板的入口流量和压力。
由此可以实现振荡频率与流量的解耦控制。

Claims (9)

1.一种出口同相位控制及频率解耦振荡器，其特征在于，包括：
母板(1)和子板(7)，
所述母板(1)内设有脉冲振荡器，所述脉冲振荡器包括振荡器入流进口(9)、振荡器喉部(11)、振荡器第一母流道(12)和振荡器第二母流道(13)，所述振荡器入流进口(9)的输出端连接至振荡器喉部(11)，所述振荡器第一母流道(12)和振荡器第二母流道(13)的输入端和输出端均连接至振荡器喉部(11)，所述振荡器第一母流道(12)内依次设有多个第一控制端口，振荡器第二母流道(13)中依次设有多个第二控制端口；
所述子板(7)内设有多个子层单元，所述子层单元包括第一子流道、第二子流道和喷流出口(251)，所述第一子流道和第二子流道的输出端均连接至喷流出口(251)的输入端，且第一子流道和第二子流道的输出端交叉设置，所有子层单元的第一子流道的输出端的角度一致，所有子层单元的第二子流道的输出端的角度一致，所有子层单元的第一子流道的输入端分别对应连接至各第一控制端口，第二子流道的输入端分别对应连接至各第二控制端口；
所述第一子流道和第二子流道的起始段平行设置并与脉冲振荡器的轴向垂直。
2.根据权利要求1所述的一种出口同相位控制及频率解耦振荡器，其特征在于，所述母板(1)上还设有振荡器入流管接口(2)，该振荡器入流管接口(2)与振荡器入流进口(9)相通。
3.根据权利要求1所述的一种出口同相位控制及频率解耦振荡器，其特征在于，所述振荡器入流进口(9)和振荡器喉部(11)之间设有振荡器入流收缩段(10)。
4.根据权利要求1所述的一种出口同相位控制及频率解耦振荡器，其特征在于，所述第一母流道(12)包括第一主流道和第一回流流道，所述第一主流道的输入端连接至振荡器喉部(11)，输出端连接至第一回流流道的输入端，所述第一回流流道的输出端连接至振荡器喉部(11)，所述第二母流道(13)包括第二主流道和第二回流流道，所述第二主流道的输入端连接至振荡器喉部(11)，输出端连接至第二回流流道的输入端，所述第二回流流道的输出端连接至振荡器喉部(11)，所有第一控制端口均设于第一主流道中，所有第二控制端口均设于第二主流道中。
5.根据权利要求1所述的一种出口同相位控制及频率解耦振荡器，其特征在于，所述第一控制端口和第二控制端口的数量均为2个。
6.根据权利要求1所述的一种出口同相位控制及频率解耦振荡器，其特征在于，所述第一母流道(12)和第二母流道(13)轴对称设计，且各第二控制端口相对于通次序第一控制端口的位置相对于气流方向靠后设置。
7.根据权利要求6所述的一种出口同相位控制及频率解耦振荡器，其特征在于，所述振荡器入流进口(9)位于第一母流道(12)和第二母流道(13)的对称轴上。
8.根据权利要求1所述的一种出口同相位控制及频率解耦振荡器，其特征在于，所述母板(1)位于子板(7)的下方。
9.根据权利要求1所述的一种出口同相位控制及频率解耦振荡器，其特征在于，所述母板(1)上设置贯通的螺纹孔(8)。
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