CN113953132A - 一种水力射流振荡器元件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水力射流振荡器元件，涉及振荡器领域，包括盖板、基板以及侧壁，盖板、基板和侧壁形成腔体，射流构件设置在腔体内并将腔体分隔为振荡腔、涡流腔和输出通道，振荡腔和涡流腔通过输出通道连通，射流构件设置有用于流体流动的半封闭槽，振荡腔正对半封闭槽的开口方向，涡流腔背对半封闭槽的开口方向；流入孔设置在盖板上，流入孔与半封闭槽连通；第一流出孔设置在盖板和/或基板上，第一流出孔连通涡流腔，本发明结构简单，安装方便，无需额外机构，只依靠内部流体通道设置，即可自激产生周期性的流体振荡；无任何可移动部件，便于加工制造，坚固耐用；与其他类型射流振荡器相比，振荡幅度均有增加，频率易于调控。

Description

一种水力射流振荡器元件

技术领域

本发明涉及振荡器领域，特别涉及一种水力射流振荡器元件。

背景技术

射流振荡器是一种不需要机械移动部件，仅通过流体相互作用产生连续振荡的射流的器件。它具有出色的可缩放性和可集成性、从几赫兹到几万赫兹的超大频宽、恶劣环境下运行的鲁棒性以及其内在的振荡特性。近几十年，射流振荡器在诸如流动控制、分离控制、井下清洗、井下振荡和射流冲击等问题上取得了广泛的成功。

现有的射流振荡装置主要采用附壁原理，基于科安达效应，当一定压力的流体从入口进入到射流振荡器混合腔中时，主流会选择性依附在一侧的壁面上，从而沿着壁面，分为两路，一路旋转形成涡流，另一部分沿着反馈通道重新流回主流的根部，促使主流翻转，依附到另一侧的壁面上，导致涡流腔涡流消散从出口排出，同时再次形成反方向旋转涡流，同时剩余的主流进入到这一侧的反馈通道中，流回主流根部，再次促使主流翻转，如此周而复始，形成连续的振荡效果。

这类射流振荡器的缺点就是，必须依赖反馈通道才能实现，而反馈管道的存在会增加振荡器的体积，从而限制了单位面积上振荡器布置的密度，这意味着要达到相同的控制效果，只能提高流量，而这将耗费更多的能量，且振荡频率也会受限。

发明内容

本发明提供了一种水力射流振荡器元件，其目的是为了解决现有技术依赖反馈通道才能实现振荡的问题。

为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种水力射流振荡器元件，包括：

包括盖板、基板以及侧壁，所述盖板、所述基板和所述侧壁形成腔体，其中还包括射流构件，设置在所述腔体内并将所述腔体分隔为振荡腔、涡流腔和输出通道，所述振荡腔和所述涡流腔通过所述输出通道连通，所述射流构件设置有用于流体流动的半封闭槽，所述振荡腔正对所述半封闭槽的开口方向，所述涡流腔背对所述半封闭槽的开口方向；

流入孔，设置在所述盖板上，所述流入孔与所述半封闭槽连通；

第一流出孔，设置在所述盖板和/或基板上，所述第一流出孔连通所述涡流腔。

优选的，所述振荡腔包括第一曲面，所述第一曲面正对半封闭槽的开口方向，所述涡流腔包括第二曲面，所述第二曲面背对所述半封闭槽的开口方向。

优选的，所述第一流出孔设置在所述涡流腔的形心处。

优选的，所述射流构件朝向涡流腔的一侧设置有向半封闭槽方向凹陷的第三曲面。

优选的，所述半封闭槽的开口面积小于所述流入孔的面积。

优选的，所述半封闭槽从封闭方向朝向开口方向设置有供流体增速的多阶增速结构。

优选的，所述盖板上还设置有第二流出孔，所述第二流出孔设置在振荡腔的形心处。

优选的，所述水力射流振荡器元件一体制成。

发明的上述方案有如下的有益效果：

本发明结构简单，安装方便，无需额外机构，只依靠内部流体通道设置，即可自激产生周期性的流体振荡；无任何可移动部件，便于加工制造，坚固耐用；与其他类型射流振荡器相比，振荡幅度均有增加，频率易于调控。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中A-A方向剖视图；

图3是第二实施例结构示意图；

图4是第三实施例结构示意图。

【附图标记说明】

1-盖板、2-基板、3-射流构件、4-振荡腔、5-涡流腔、6-输出通道、7-流入孔、8-第一流出孔。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

如图1和2所示，本发明的实施例提供了一种水力射流振荡器元件，包括盖板1、基板2以及侧壁，基板2与盖板1以及侧壁构成腔体，在腔体之中还设置有射流构件3，射流构件3将腔体分隔为振荡腔4、涡流腔5以及输出通道6，其中输出通道6为射流构件3与侧壁形成，其作用是连通振荡腔4和涡流腔5。

射流构件3包括一用于流体流动的半封闭槽，半封闭槽的开口方向朝向振荡腔4，涡流腔5背对半封闭槽的开口方向。

在盖板1上还设置有流入孔7，该流入孔7位于半封闭槽的上方，并且与半封闭槽连通。本申请还包括第一流出孔8，第一流出孔8设置在盖板1和/或基板2上，第一流出孔8连通涡流腔5用以排出涡流腔5内的流体。

在本技术方案中，采用射流构件3将腔体分隔成各个功能区域，简化了振荡器元件的结构，仅通过内部的输出通道6即可自激产生周期性的流体振荡。

进一步的，为了达到更好的振荡效果，振荡腔4包括第一曲面，第一曲面正对半封闭槽的开口方向。第一曲面向远离半封闭槽一侧凹陷；涡流腔5包括第二曲面，第二曲面背对半封闭槽开口方向，第二曲面同样的向远离半封闭槽一侧凹陷。射流构件3朝向涡流腔5的一侧设置有向半封闭槽方向凹陷的第三曲面。第一曲面、第二曲面和第三曲面的设置方式保证了流体在激荡的过程中始终时候受第一曲面、第二曲面和第三曲面的向心力，增强了激荡效果。

为保证经过激荡的流体更加容易流出涡流腔5并且不影响激荡效果，第一流出孔8设置在涡流腔5的形心处。

为给予流体激进入振荡腔4时一定的初速度，半封闭槽的开口面积小于流入孔7的面积。

为了防止振荡腔4出现流体堵塞，在振荡腔4也可以设置第二流出孔用于排出流体，第二流出孔设置在振荡腔4的形心处。

本申请可以通过极少的部件构成，也可以通过一体制成的方式实现。

本申请的原理是：当加压流体从流入孔7进入到腔体内时时，经过射流构件3给予一定的初速度，流体沿半封闭槽开口方向射出，冲击到第一曲面上，此时，流体分流形成一个逆时针的涡流和一个顺时针的涡流，分别从对应侧的输出通道6流入涡流腔5。其中，由于分流不均，其中会有一侧涡流旋转速度高于另一侧涡流，假定当逆时针旋转的涡流速度大于另一侧顺时针旋转的涡流时，多数流体会被吸入逆时针涡流，使逆时针涡流体积增大，并逐渐靠近振荡腔4中心，同时，大部分涡流流体通过靠近逆时针涡流的输出通道6流出后，沿该侧的侧壁进入涡流腔5，形成逆时针高速旋转的涡流。而振荡腔4的顺时针涡流则会慢慢被阻塞在该侧的输出通道6附近，当振荡腔4中的逆时针涡流逐渐增加到一极限体积时，部分逆时针涡流中的流体会经由靠近顺时针涡流的输出通道6流出，此时，逆时针涡流的旋转速度达到最大，而这部分流体会将顺时针涡流截断并将其推向振荡腔4中心的位置，由于逆时针涡流体积增大，此时逆时针涡流的速度已经减小至低于顺时针涡流的速度，这时，后续进入的流体会被顺时针涡流吸引，导致顺时针涡流的体积不断增大，从而，大部分涡流流体会通过靠近顺时针涡流的输出通道6流入至涡流腔5，该部分流体会与涡流腔5内的涡流发生冲击并削弱涡流，产生压力波动，随着涡流的衰退，流体从涡流腔5第一流出孔8流出，并逐渐在涡流腔5内重新形成方向相反的涡流。随后，顺时针涡流再次重复逆时针涡流的过程。使大部分流体在两个不同的输出通道6之间来回切换，导致涡流腔5内涡流旋转方向也不断切换，从而达到流体振荡的效果。

如图3所示的第二实施例，与实施例1不同的是第一曲面的直径与第二曲面的直径大小与实施例1相反，这意味着涡流需要更多的时间增大到可从另一侧输出通道6流出，导致流体在振荡腔4停留的时间会增加，流体在两个输出通道6切换的频率会存在轻微的减慢，而输出通道6由宽变窄，流体进入涡流腔5时会获得一个轻微的加速。

如图4所示的第三实施例，与实施例1相比，第一曲面和第二曲面为半圆弧且直径相等，并且对射流构件3的形状进行了调整，适当的增加了输出通道6的大小，即流体切换后输出流量增加，导致流体聚集到极限体积的时间会增加，即从另一侧输出通道6流出的周期时间会增长，其工作原理仍然与实例1相同，但实例3流体从两个输出通道6切换的频率会减慢，与实施2的效果相当，区别仅在于实例3中进入涡流腔5的流体不会获得一个加速的作用。

需要注意的是，第三实施例中提供的射流构件3同样可以应用到实施例1和2中，射流构件3具有多级增速结构，该多级通过流体依次经过的横截面减小的方式实现增速。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种水力射流振荡器元件，包括盖板(1)、基板(2)以及侧壁，所述盖板(1)、所述基板(2)和所述侧壁形成腔体，其特征在于：

射流构件(3)，设置在所述腔体内并将所述腔体分隔为振荡腔(4)、涡流腔(5)和输出通道(6)，所述振荡腔(4)和所述涡流腔(5)通过所述输出通道(6)连通，所述射流构件(3)设置有用于流体流动的半封闭槽，所述振荡腔(4)正对所述半封闭槽的开口方向，所述涡流腔(5)背对所述半封闭槽的开口方向；

流入孔(7)，设置在所述盖板(1)上，所述流入孔(7)与所述半封闭槽连通；

第一流出孔(8)，设置在所述盖板(1)和/或基板(2)上，所述第一流出孔(8)连通所述涡流腔(5)。

2.根据权利要求1所述的水力射流振荡器元件，其特征在于：所述振荡腔(4)包括第一曲面，所述第一曲面正对半封闭槽的开口方向，所述涡流腔(5)包括第二曲面，所述第二曲面背对所述半封闭槽的开口方向。

3.根据权利要求2所述的水力射流振荡器元件，其特征在于：所述第一流出孔(8)设置在所述涡流腔(5)的形心处。

4.根据权利要求1-3任一项所述的水力射流振荡器元件，其特征在于：所述射流构件(3)朝向涡流腔(5)的一侧设置有向半封闭槽方向凹陷的第三曲面。

5.根据权利要求4所述的水力射流振荡器元件，其特征在于：所述半封闭槽的开口面积小于所述流入孔(7)的面积。

6.根据权利要求5所述的水力射流振荡器元件，其特征在于：所述半封闭槽从封闭方向朝向开口方向设置有供流体增速的多阶增速结构。

7.根据权利要求1所述的水力射流振荡器元件，其特征在于：所述盖板(1)上还设置有第二流出孔，所述第二流出孔设置在振荡腔(4)的形心处。

8.根据权利要求1所述的水力射流振荡器元件，其特征在于：所述水力射流振荡器元件一体制成。

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