CN115589706A - 射流冷却控制装置 - Google Patents

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温新
刘余丹
李子焱
刘应征
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Shanghai Jiaotong University
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Shanghai Jiaotong University
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    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20218—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a liquid coolant without phase change in electronic enclosures
    • H05K7/20281—Thermal management, e.g. liquid flow control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B12/00—Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

本发明公开了一种射流冷却控制装置，通过母板振荡器与子板振荡器的配合，在没有任何机械运动装置的情况下，可以产生不同频率和振幅的振荡射流。从而可以根据不同冷却场合，产生合适的振荡控制效果，可以显著扩宽射流覆盖面积，强化传热传质。和传统定常射流相比，本发明的方案可以将冷却效率提升3倍以上。相较于定常射流，本发明的方案中母板振荡器与子板振荡器的配合所生的振荡射流可扩宽热射流覆盖面积，有效提高热射流的传热传质性能和温度扩散效果。

Description

射流冷却控制装置
技术领域
本发明涉及热处理技术领域，尤其是涉及一种射流冷却控制装置。
背景技术
对于远海的风电场或者海上浮动核电站，在电力变换过程中产生大量热量，这些热量通常采用海水直接冷却，冷却后的温水向大海排放，会给海洋环境的速度场和温度场造成很大的影响，并直接影响海洋生物的生存。在现有技术中，冷却水排放通常采用固定喷管，其所产生定常热射流的传热传质性能、温度扩散效果具有局限性。
现有技术中还提出一种振荡射流的方案，射流振荡器是产生振荡射流的方法之一，其产生振荡射流的基本原理为：在振荡器的内部，由于康达效应，通过入口进入的主射流被吸附到振荡器内部一边的侧壁上，然后在出口附近的区域，主流的一部分通过反馈渠道返回到入口，推动主射流，使其被吸附到振荡器内部另一边的侧壁上。由此，从射流振荡器射出的便是具有周期性的振荡射流。基于射流振荡器的尺寸、结构以及工质性质与供应速率的不同，振荡射流的振荡频率从一赫兹到上千赫兹不等。然而，在传统的射流振荡器中，当振荡器的内部结构确定时，所产生振荡射流的扩散角与振荡频率依赖于工质供应速率，无法根据应用场合做出灵活调整，这一特性限制了传统射流振荡器的应用。
因此，需要提出一种方案解决现有的射流装置的局限性。
需要说明的是，公开于本申请背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本申请一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种射流冷却控制装置，用于解决现有技术中的常热射流方案和射流振荡器方案的局限性。
为了解决以上技术问题，本发明提出了一种射流冷却控制装置，包括母板振荡器、子板振荡器以及控制通道；
所述母板振荡器设置有第一入口，所述子板振荡器设置有第二入口，所述第一入口以及所述第二入口均用于接收来自热射流管道的高温工质；
所述母板振荡器的输出端与所述控制通道的一端连通，所述控制通道的另一端与所述子板振荡器的内部连通；
所述子板振荡器的输出端用作所述射流冷却控制装置的输出端，用于进行振荡射流的冷却。
可选地，所述射流冷却控制装置还包括第一流量控制器件；
所述第一流量控制器件设置所述热射流管道靠近所述第一入口的位置，用于调整流入所述母板振荡器的高温工作制的流量。
可选地，所述第一流量控制器件为第一控制阀。
可选地，所述射流冷却控制装置还包括第二流量控制器件；
所述第二流量控制器件设置所述热射流管道靠近所述第二入口的位置，用于调整流入所述子板振荡器的高温工作制的流量。
可选地，所述第二流量控制器件为第二控制阀。
可选地，通过调整流入所述第一入口以及所述第二入口中高温工质的流量比例实现所述振荡射流扩散角和振荡频率的调节。
可选地，所述母板振荡器为射流振荡器。
可选地，所述子板振荡器的内部包括定常射流的喷射通道。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提出的射流冷却控制装置，通过母板振荡器与子板振荡器的配合，在没有任何机械运动装置的情况下，可以产生不同频率和振幅的振荡射流。从而可以根据不同冷却场合，产生合适的振荡控制效果，可以显著扩宽射流覆盖面积，强化传热传质。和传统定常射流相比，本发明的方案可以将冷却效率提升3倍以上。相较于定常射流，本发明的方案中母板振荡器与子板振荡器的配合所生的振荡射流可扩宽热射流覆盖面积，有效提高热射流的传热传质性能和温度扩散效果。
2、相较于传统的射流振荡器，本发明的方案中母板振荡器与子板振荡器的配合可实现振荡射流扩散角和振荡频率的独立调节，更利于实现各种工况下热射流的流动控制。
附图说明
图1为本发明实施例提出的射流冷却控制装置中振荡器的结构示意图；
图2为本发明实施例提出的射流冷却控制装置的结构示意图；
图3为同一雷诺数、同一水力直径下的定常热射流时均温度场示意图；
图4为同一雷诺数、同一水力直径下的振荡热射流时均温度场示意图；
图5为定常射流、振荡射流、脉动射流流向衰减率指标曲线图；
图6为定常射流、振荡射流、脉动射流横向扩散率指标曲线图；
图7为定常射流、振荡射流、脉动射流掺混率指标曲线图；
其中，100-母板振荡器，200-子板振荡器，300-控制通道。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
请参考图1至图7，本发明提出了一种射流冷却控制装置，包括母板振荡器100、子板振荡器200以及控制通道300；
所述母板振荡器100设置有第一入口，所述子板振荡器200设置有第二入口，所述第一入口以及所述第二入口均用于接收来自热射流管道的高温工质；
所述母板振荡器100的输出端与所述控制通道300的一端连通，所述控制通道300的另一端与所述子板振荡器200的内部连通；
所述子板振荡器200的输出端用作所述射流冷却控制装置的输出端，用于进行振荡射流的冷却。
与现有技术不同之处在于，本发明提出的射流冷却控制装置，通过母板振荡器100与子板振荡器200的配合，在没有任何机械运动装置的情况下，可以产生不同频率和振幅的振荡射流。从而可以根据不同冷却场合，产生合适的振荡控制效果，可以显著扩宽射流覆盖面积，强化传热传质。和传统定常射流相比，本发明的方案可以将冷却效率提升3倍以上。相较于定常射流，本发明的方案中母板振荡器100与子板振荡器200的配合所生的振荡射流可扩宽热射流覆盖面积，有效提高热射流的传热传质性能和温度扩散效果。
本专利提出一种射流冷却控制装置，在没有任何机械运动装置的情况下，可以产生不同频率和振幅的振荡射流。从而可以根据不同冷却场合，产生合适的振荡控制效果，可以显著扩宽射流覆盖面积，强化传热传质。
和传统定常射流相比，本专利提出一种射流冷却控制装置可以将冷却效率提升3倍以上。同一雷诺数、同一水力直径下的定常热射流与振荡热射流时均温度场分别如图3、图4所示。定常射流、振荡射流、脉动射流的射流衰减率、射流扩散率、射流掺混率曲线图分布如图5、图6、图7所示，三个指标均可说明振荡射流的温度稀释性能明显优于定常射流。
射流振荡器是产生振荡射流的方法之一，其产生振荡射流的基本原理为：在振荡器的内部，由于康达效应，通过入口进入的主射流被吸附到振荡器内部一边的侧壁上，然后在出口附近的区域，主流的一部分通过反馈渠道返回到入口，推动主射流，使其被吸附到振荡器内部另一边的侧壁上。由此，从射流振荡器射出的便是具有周期性的振荡射流。基于射流振荡器的尺寸、结构以及工质性质与供应速率的不同，振荡射流的振荡频率从一赫兹到上千赫兹不等。然而，在传统的射流振荡器中，当振荡器的内部结构确定时，所产生振荡射流的扩散角与振荡频率依赖于工质供应速率，无法根据应用场合做出灵活调整，这一特性限制了传统射流振荡器的应用。
本发明涉及一种基于射流振荡器的热射流控制装置，如图1所示，所述射流振荡器为一种新型子母式射流振荡器。本发明所采用的子母射流振荡器采用分层结构，母板内部与传统射流振荡器的结构类似，子板内部与定常射流的喷射通道类似。母板和子板均单独设有入口，高温工质分别从母板入口和子板入口流入振荡器，经控制通道300在子板内部汇合后通过子板出口流出振荡器，即产生振荡热射流，通过改变母板入口工质流量与子板入口工质流量的比例，可实现振荡热射流扩散角和振荡频率的调节，从而实现热射流的流动控制。与现有技术相比，本发明具有无需任何机械运动部件、适应性强、安全可靠、热射流扩散角和振荡频率可独立调节等特点。如图2所示，在保持总工质供应速率不变的情况下，通过调节其在母板入口与子板入口之间的分配，即可得到不同扩散角与振荡频率的振荡射流，解除扩散角与振荡频率对工质总供应速率的依赖性，实现其关系的解耦，更利于实现各种工况下热射流的流动控制。
可选地，所述射流冷却控制装置还包括第一流量控制器件；
所述第一流量控制器件设置所述热射流管道靠近所述第一入口的位置，用于调整流入所述母板振荡器100的高温工作制的流量。
可选地，所述第一流量控制器件为第一控制阀。
可选地，所述射流冷却控制装置还包括第二流量控制器件；
所述第二流量控制器件设置所述热射流管道靠近所述第二入口的位置，用于调整流入所述子板振荡器200的高温工作制的流量。
可选地，所述第二流量控制器件为第二控制阀。
可选地，通过调整流入所述第一入口以及所述第二入口中高温工质的流量比例实现所述振荡射流扩散角和振荡频率的调节。
可选地，所述母板振荡器100为射流振荡器。
可选地，所述子板振荡器200的内部包括定常射流的喷射通道。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提出的射流冷却控制装置，通过母板振荡器与子板振荡器的配合，在没有任何机械运动装置的情况下，可以产生不同频率和振幅的振荡射流。从而可以根据不同冷却场合，产生合适的振荡控制效果，可以显著扩宽射流覆盖面积，强化传热传质。和传统定常射流相比，本发明的方案可以将冷却效率提升3倍以上。相较于定常射流，本发明的方案中母板振荡器与子板振荡器的配合所生的振荡射流可扩宽热射流覆盖面积，有效提高热射流的传热传质性能和温度扩散效果。
2、相较于传统的射流振荡器，本发明的方案中母板振荡器与子板振荡器的配合可实现振荡射流扩散角和振荡频率的独立调节，更利于实现各种工况下热射流的流动控制。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”或“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种射流冷却控制装置，其特征在于，包括母板振荡器、子板振荡器以及控制通道；
所述母板振荡器设置有第一入口，所述子板振荡器设置有第二入口，所述第一入口以及所述第二入口均用于接收来自热射流管道的高温工质；
所述母板振荡器的输出端与所述控制通道的一端连通，所述控制通道的另一端与所述子板振荡器的内部连通；
所述子板振荡器的输出端用作所述射流冷却控制装置的输出端，用于进行振荡射流的冷却。
2.如权利要求1所述的射流冷却控制装置，其特征在于，所述射流冷却控制装置还包括第一流量控制器件；
所述第一流量控制器件设置所述热射流管道靠近所述第一入口的位置，用于调整流入所述母板振荡器的高温工作制的流量。
3.如权利要求2所述的射流冷却控制装置，其特征在于，所述第一流量控制器件为第一控制阀。
4.如权利要求1所述的射流冷却控制装置，其特征在于，所述射流冷却控制装置还包括第二流量控制器件；
所述第二流量控制器件设置所述热射流管道靠近所述第二入口的位置，用于调整流入所述子板振荡器的高温工作制的流量。
5.如权利要求4所述的射流冷却控制装置，其特征在于，所述第二流量控制器件为第二控制阀。
6.如权利要求1所述的射流冷却控制装置，其特征在于，通过调整流入所述第一入口以及所述第二入口中高温工质的流量比例实现所述振荡射流扩散角和振荡频率的调节。
7.如权利要求1所述的射流冷却控制装置，其特征在于，所述母板振荡器为射流振荡器。
8.如权利要求1所述的射流冷却控制装置，其特征在于，所述子板振荡器的内部包括定常射流的喷射通道。
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