CZ309433B6 - Způsob a zařízení pro generování syntetizovaného nebo hybridního syntetizovaného proudu tekutiny - Google Patents

Způsob a zařízení pro generování syntetizovaného nebo hybridního syntetizovaného proudu tekutiny Download PDF

Info

Publication number
CZ309433B6
CZ309433B6 CZ2017-420A CZ2017420A CZ309433B6 CZ 309433 B6 CZ309433 B6 CZ 309433B6 CZ 2017420 A CZ2017420 A CZ 2017420A CZ 309433 B6 CZ309433 B6 CZ 309433B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
synthesized
generator
fluid stream
hybrid
nozzle
Prior art date
Application number
CZ2017-420A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ2017420A3 (cs
Inventor
Zdeněk TRÁVNÍČEK
V. V. I. Ústav Termomechaniky Av Čr
Zuzana Broučková
Original Assignee
Ăšstav termomechaniky AV ÄŚR, v. v. i.
Trávníček Zdeněk doc. Ing., CSc.
Broučková Zuzana Ing.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ăšstav termomechaniky AV ÄŚR, v. v. i., Trávníček Zdeněk doc. Ing., CSc., Broučková Zuzana Ing. filed Critical Ăšstav termomechaniky AV ÄŚR, v. v. i.
Priority to CZ2017-420A priority Critical patent/CZ309433B6/cs
Publication of CZ2017420A3 publication Critical patent/CZ2017420A3/cs
Publication of CZ309433B6 publication Critical patent/CZ309433B6/cs

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15D—FLUID DYNAMICS, i.e. METHODS OR MEANS FOR INFLUENCING THE FLOW OF GASES OR LIQUIDS
    • F15D1/00—Influencing flow of fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15D—FLUID DYNAMICS, i.e. METHODS OR MEANS FOR INFLUENCING THE FLOW OF GASES OR LIQUIDS
    • F15D1/00—Influencing flow of fluids
    • F15D1/08—Influencing flow of fluids of jets leaving an orifice

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Reciprocating Pumps (AREA)
  • Jet Pumps And Other Pumps (AREA)

Abstract

Způsob generování syntetizovaného nebo hybridního syntetizovaného proudu tekutiny generátorem pro vytváření syntetizovaného nebo hybridního syntetizovaného proudu tekutiny spočívá v tom, že tekutina je nasávána do generátoru při zvětšujícím se objemu části nebo celé jeho komory a zvětšujícím se průřezu výstupní trysky generátoru a vytlačována z generátoru do okolního prostředí pro vytvoření syntetizovaného nebo hybridního syntetizovaného proudu tekutiny při zmenšujícím se objemu části nebo celé jeho komory a zmenšujícím se průřezu výstupní trysky generátoru. Zařízení pro provádění tohoto způsobu generování syntetizovaného nebo hybridního syntetizovaného proudu tekutiny je vytvořené tak, že generátor (2) syntetizovaného proudu (3) tekutiny nebo generátor (18) hybridního syntetizovaného proudu (19) tekutiny obsahuje komoru, v níž je uspořádána alespoň jedna membrána (8), mezi níž a stěnou komory nebo další membránou (8) je vytvořena dutina (4) proměnlivého objemu pro nasávání a výtlak tekutiny do a z generátoru tryskou (6) proměnlivého průřezu.

Description

Způsob a zařízení pro generování syntetizovaného nebo hybridního syntetizovaného proudu tekutiny
Oblast techniky
Vynález se týká způsobu a zařízení pro generování proudu tekutiny pro použití v nejrůznějších oblastech techniky, zejména v průmyslu elektrotechnickém, strojírenském, chemickém, biochemickém a potravinářském.
Dosavadní stav techniky
Běžné způsoby generování proudu tekutiny používají pro uvedení tekutiny do pohybu nej různější principy a zařízení, kterým bývají pístové nebo točivé stroje, jako např. ventilátor, dmychadlo, kompresor nebo čerpadlo.
Jedním ze zařízení pro uvedení tekutiny do pohybu je generátor syntetizovaného proudu podle původců Glezer a kol., dokument US 5758823 A; a původců Fujisaki a kol., dokument US 8596998 B2. Běžný typ generátoru syntetizovaného proudu je vytvořen tělesem, ve kterém je dutina, přičemž část stěny vymezujícího dutinu je tvořena jako pohyblivá v podobě membrány nebo pístu. Dutina je propojena s okolním prostředím pomocí vhodně tvarované trysky. Generátor syntetizovaného proudu nemá žádné zpětné ventily, na rozdíl od běžného pístového nebo membránového čerpadla nebo kompresoru.
Funkce generátoru syntetizovaného proudu probíhá v periodicky se opakujícím cyklu, který sestává ze dvou částí, a sice nasávací fáze a vytlačovací fáze. Pohyblivá část stěny dutiny, membrána nebo píst, je uváděna do periodického pohybu. Během nasávací fáze se tato část stěny pohybuje tak, že dutina zvětšuje svůj objem a tekutina je nasávána z okolí do dutiny. Během vytlačovací fáze dochází k opačnému směru pohybu, dutina zmenšuje svůj objem, atak je tekutina vytlačována z dutiny do okolí.
Ze zákona zachování hmoty vyplývá, že v ustáleném režimu je hmotnost tekutiny nasáté do dutiny během nasávací fáze stejná jako hmotnost tekutiny vytlačené z dutiny do okolí během vytlačovací fáze. Časově střední hmotnostní průtok tekutiny tryskou je proto v ustáleném režimu nulový.
Z posloupnosti výdechů (tj. objemů tekutiny vytlačených z dutiny do okolí během vytlačovací fáze) je vytvářen výsledný proud tekutiny směřující od trysky do okolí, který má v určité vzdálenosti od trysky nenulovou časově střední složku hmotnostního toku, kterou získá přisáváním okolní tekutiny.
Charakter procesu vytváření výsledného proudu vyjadřuje jeho název syntetizovaný proud podle původců Glezer a kol., dokument US 5758823 A, tedy proud vytvářený (skládaný, syntetizovaný) z posloupnosti jednotlivých výdechů.
Jinou variantou zařízení pro uvedení tekutiny do pohybuje generátor hybridního syntetizovaného proudu. Tento generátor je obdobou běžného generátoru syntetizovaného proudu, ovšem dutina je s okolím propojena nejen prostředím vhodně tvarované trysky, ale navíc nejméně jednou nebo více fluidickými diodami podle původců Wang a kol., dokument US 7527086 B2; a původců Trávníček a kol., dokument CZ 304219 B6. Celkové přisávání tekutiny do dutiny je zvýšeno přisáváním tekutiny diodou, důsledkem čehož má hybridní syntetizovaný proud časově střední hmotnostní průtok tekutiny tryskou v ustáleném režimu nenulový.
Syntetizované proudy mají mnoho možných aplikací. Příkladem je aktivní řízení proudových polí ve vnější aerodynamice při obtékání těles nebo ve vnitřní aerodynamice při průtoku kanály. Dalším
- 1 CZ 309433 B6 příkladem je aktivní řízení pomocí syntetizovaných proudů zaměřené na intenzifikaci směšování tekutin, případně na zvýšení přestupu tepla a hmoty řízením hlavního proudového pole.
Syntetizované proudy mohou být použity i samostatně, tj. bez hlavního proudového pole. V takovém případě bývá cílem, např. intenzifikace procesu sdílení tepla nebo silové působení proudu pro ovládání pohybu. Syntetizované proudy jsou velmi perspektivní alternativou pro mnohé případy chlazení, např. vysoce zatížených součástek v elektronice nebo lopatek spalovacích turbín. Velký význam má použití v oblasti miniaturních elektromechanických systémů (MicroElectro-Mechanical Systems, MEMS).
Generátory syntetizovaných proudů mají řadu výhod. Hlavní výhodou je relativní jednoduchost celého zařízení. To přináší úspory na obestavěném prostoru, hmotnosti i ceně zařízení. Navíc odpadají potenciální zdroje poruch, atak se zvyšuje spolehlivost zařízení.
Nevýhodou výše uvedených způsobů a zařízení pro generování syntetizovaného proudu je relativně nízká energetická účinnost vyjádřená jako poměr výkonu a příkonu zařízení, přičemž výkonem se rozumí tok mechanické energie tekutinového proudu.
Podstata vynálezu
Cílem tohoto vynálezu je zvýšení energetické účinnosti zařízení.
Podstata způsobu generování syntetizovaného nebo hybridního syntetizovaného proudu tekutiny generátorem pro vytváření syntetizovaného nebo hybridního syntetizovaného proudu tekutiny spočívá v tom, že tekutina je nasávána do generátoru při zvětšujícím se objemu části nebo celé jeho komory a zvětšujícím se průřezu výstupní trysky generátoru a vytlačována z generátoru do okolního prostředí pro vytvoření syntetizovaného nebo hybridního syntetizovaného proudu tekutiny při zmenšujícím se objemu části nebo celé jeho komory a zmenšujícím se průřezu výstupní trysky generátoru.
Objem komory generátoru a průřez výstupní trysky generátoru se mění průhybem pružné stěny komory nebo dvou pružných stěn v komoře nebo alespoň jednou pohyblivou a ovládanou klapkou. Průhyb pružné stěny komory nebo dvou pružných stěn v komoře a změna průřezu trysky generátoru jsou měněny spojením s pohony.
Podstata zařízení pro generování syntetizovaného nebo hybridního syntetizovaného proudu tekutiny generátorem pro vytváření části syntetizovaného nebo hybridního syntetizovaného proudu tekutiny spočívá v tom, že generátor syntetizovaného proudu tekutiny nebo generátor hybridního syntetizovaného proudu tekutiny obsahuje komoru, v níž je uspořádána alespoň jedna membrána, mezi níž a stěnou komory nebo další membránou je vytvořena dutina proměnlivého objemu pro nasávání a výtlak tekutiny do a z generátoru tryskou proměnlivého průřezu. Tryskaje na výstupu z generátoru tvořena membránou a stěnou komory nebo dvěma membránami nebo alespoň jednou pohyblivou a ovládanou klapkou spojenou s vedlejším pohonem a stěnou komory.
Membrána je spojena s alespoň jedním pohonem nebo s hlavním pohonem a s vedlejším pohonem v oblasti trysky nebo s hlavním pohonem a klapka s vedlejším pohonem v oblasti trysky nebo s celkovým pohonem.
Pohony jsou představovány elektromechanickými nebo elektromagnetickými nebo elektrodynamickými nebo piezoelektrickými nebo termoelektrickými převodníky.
Alternativně je generátor hybridního syntetizovaného proudu tekutiny opatřen alespoň jednou fluidickou diodou, která propojuje dutinu generátoru s okolním prostředím.
-2CZ 309433 B6
Objasnění výkresů
Vynález bude blíže osvětlen pomocí příkladů provedení s odkazem na připojené výkresy, na nichž znázorňuje:
obr. 1 schéma prvního příkladu provedení zařízení podle vynálezu, kdy část výstupního průřezu trysky je vymezena pružnou membránou;
obr. 2a pohyb membrány během nasávací fáze, kdy dochází k nasávání tekutiny do dutiny;
obr. 2a pohyb membrány během vytlačovací fáze, kdy dochází k vytlačování tekutiny z dutiny do okolí;
obr. 3 naměřené závislosti středního toku hybnosti na budicí frekvenci pro příklad provedení zařízení podle vynálezu a jeho porovnání s referenčním případem;
obr. 4 schéma druhého příkladu provedení zařízení podle vynálezu, kdy dvě protilehlé části výstupního průřezu trysky jsou vymezeny pružnými membránami;
obr. 5 schéma třetího příkladu provedení zařízení podle vynálezu, kdy část výstupního průřezu trysky je vymezena alespoň jednou pohyblivou a ovládanou klapkou;
obr. 6 schéma čtvrtého příkladu provedení zařízení podle vynálezu, kdy část výstupního průřezu trysky je vymezena pružnou membránou ovládanou stejným elektromechanickým pohonem jako hlavní pohon membrány;
obr. 7 schéma pátého příkladu provedení zařízení podle vynálezu, kdy dutina je vybavena fluidickou diodou.
Příklady uskutečnění vynálezu
Na obr. 1 je znázorněn generátor 2 syntetizovaného proudu 3 připevněný k rámu 1 a jeho dutina 4 ústí tryskou 6 do okolního prostředí 5. Tekutina z okolního prostředí 5 vytváří s tekutinou vytlačovanou z trysky 6 syntetizovaný proud 3, který směřuje od trysky 6. Periodické nasávání a vytlačování tekutiny do a z dutiny 4 zabezpečuje hlavní pohon 7, který uvádí membránu 8 do periodického pohybu. Okraj membrány 8 zároveň vymezuje část výstupního průřezu trysky 6. Pohyb membrány 8 ve výstupním průřezu trysky 6 zabezpečuje vedlejší pohon 9, a to takovým způsobem, že během pracovního cyklu dochází k periodickému zvětšování a zmenšování průřezu trysky 6 tak, že během nasávací fáze je tento průřez větší než během vytlačovací fáze.
Obr. 2a ukazuje nasávací fázi pracovního cyklu, kdy membrána 8 poháněná hlavním pohonem 7 zvětšuje objem dutiny 4, v důsledku čehož dochází k nasávání tekutiny do dutiny 4 v podobě proudu 10 nasávané tekutiny. V této fázi zabezpečuje vedlejší pohon 9 zvětšování průřezu trysky 6.
Obr. 2b ukazuje vytlačovací fázi pracovního cyklu, kdy membrána 8 poháněná hlavním pohonem 7 zmenšuje objem dutiny 4, v důsledku čehož dochází k vytlačování tekutiny z dutiny 4 v podobě proudu 11 vytlačované tekutiny. V této fázi zabezpečuje vedlejší pohon 9 zmenšování průřezu trysky 6.
Toky hybnosti syntetizovaného proudu 3 i hybridního syntetizovaného proudu 19 (znázorněn na obr. 7) za tryskou 6 je možno vyjádřit vztahem:
M = pAji2U0 2/4,
-3 CZ 309433 B6 kde p j e hustota tekutiny;
A je velikost výstupního průřezu trysky 6; a
Uo je střední výtoková rychlost ve výstupním průřezu trysky 6 během celé periody.
Tok hybnosti proudu je významný jednak při aktivním řízení proudových polí, jednak v procesech sdílení tepla. Sdílení tepla způsobené dopadem tekutinového proudu, vyjádřeno pomocí Nusseltova čísla ve stagnačním bodě Nuo, závisí na toku hybnosti podle úměrnosti Nuo ~ Mi!2, kde exponent m nabývá hodnot v rozsahu 0,5 až 0,8.
Velmi významným parametrem je energetická účinnost generátoru, definovaná jako poměr:
η = Eo/P, kde Eo je časově střední tok mechanické energie proudu v ústí trysky 6 během cyklu; a P je časově střední příkon generátoru během cyklu.
Hodnotu Eo možno vyjádřit vztahem
Eo = pAji2Uos/3.
Experimenty ukazují, že účinnosti elektrodynamicky poháněných generátorů syntetizovaných proudů dosahují hodnot η = 3,2 % až η = 6 %.
Nejnovější výzkum zaměřený na optimalizaci geometrie generátoru syntetizovaného proudu dosáhl v optimálním případě laboratorního modelu dokonce η = 15 %.
Tok mechanické energie syntetizovaného proudu 3 i hybridního syntetizovaného proudu 19 je vytvářen během vytlačovací fáze tekutiny z dutiny 4 cyklu. Během nasávací fáze dochází k opětovnému naplnění dutiny 4 generátoru tekutinou, čímž je uzavřen jeden cyklus a může probíhat vytlačovací fáze cyklu dalšího.
Okamžitý výkon potřebný pro nasávání tekutiny možno vyjádřit vztahem:
cn = ζα p A m3/2, kde ýjc ztrátový součinitel daný tvarem trysky;
a je Coriolisův součinitel zohledňující tvar rychlostního profilu; a u je okamžitá hodnota střední výtokové rychlosti ve výstupním průřezu trysky.
Zvětšování výstupního průřezu trysky 6 během nasávací fáze způsobuje snižování rychlosti, přičemž závislost je nepřímo úměrná, jak vyplývá z rovnice kontinuity. Označíme-li zvětšenou velikost výstupního průřezu trysky 6 během nasávací fáze jako A*, sníží se okamžitý výkon potřebný pro nasávání tekutiny přibližně na hodnotu cn* = (A/A)2 cn, přičemž toto vyjádření je ovlivněno zanedbáním změn součinitelů Ca a v průběhu změn výstupního průřezu trysky 6 z hodnoty A na hodnotu A *.
Okamžitý výkon potřebný pro nasávání tekutiny je součástí energetických ztrát. Proto snížení tohoto výkonu vede ke snížení energetických ztrát, a tedy i ke zvýšení energetické účinnosti η generátoru η. Ovšem kvantifikaci zvýšení energetické účinnosti η nelze určit obecně, neboť se na ní podílí ještě mnoho dalších příspěvků. Pro spolehlivé určení hodnoty energetické účinnosti η nutno provést experiment s konkrétní konstrukcí generátoru. Takový experiment byl uskutečněn s generátorem podle obr. 1, kde oba převodníky byly elektromagnetické.
-4CZ 309433 B6
Obr. 3 ukazuje výsledky experimentů v podobě závislosti toku hybnosti proudů tekutiny na jejich budicí frekvenci. Experimenty byly provedeny měřením reakční síly proudů tekutiny pomocí laboratorní váhy. V obr. 3 jsou vyneseny průběhy pro dva syntetizované proudy tekutiny:
A - syntetizovaný proud generovaný příkladem zařízení podle vynálezu, schematicky vyobrazeným na obr. 1. Membrána byla vyrobena ze silikonové gumy o tloušťce 1 mm. Hlavní pohon 7 i vedlejší pohon 9 byl elektromagnetický, jejich buzení bylo střídavým proudem se sinusovým průběhem, frekvence obou pohonů 7, 9 byla stejná. Vedlejší pohon 9 předbíhal hlavní pohon 7 o fázový posuv 1/4 cyklu. Příkon hlavního pohonu 7 byl 1,9 W a příkon vedlejšího pohonu 9 byl 0,1 W.
B - referenční případ syntetizovaného proudu, generovaný běžným generátorem, jehož tryska 6 má konstantní výstupní průřez. Tento generátor byl vytvořen úpravou stejného generátoru, jako v případu A, přičemž tryska 6 byla nehybně mechanicky uchycena k rámu i, aby měla konstantní výstupní průřez a vedlejší pohon 9 nebyl zapojen. Příkon hlavního pohonu 7 byl 2,0 W, tedy stejný jako součet příkonů hlavního pohonu 7 a vedlejšího pohonu 9 v případu A.
Jak ukazuje obr. 3, proud A dosáhl o l,34x vyššího toku hybnosti. Z tohoto navýšení možno odhadnout přibližnou velikost zvýšení energie proudu, a tedy i zvýšení energetické účinnosti η generátoru.
Jelikož platí Mo = p Αλ2Εο2/4, Eo = pA EUP/i a η = Eo/P, možno vyjádřit zvýšení energetické účinnosti syntetizovaného proudu A oproti B jako η^/ηβ =(A7o,a/A/,o,b)3/2. Po dosazení naměřeného zvýšení toku hybnosti vychází zvýšení energetické účinnosti generátoru přibližně 55%, oproti referenčnímu syntetizovanému proudu B.
Na obr. 4 je znázorněn druhý příklad provedení zařízení podle vynálezu, kde objem dutiny 4 generátoru a průřez trysky 6 je vymezen protilehlými pružnými membránami 8, ovládanými hlavními pohony 7 a v místě trysky 6 vedlejšími pohony 9. K rámu 1 je připevněn generátor 2 syntetizovaného proudu 3, jehož dutina 4 je propojena s okolím prostředím 5 tryskou 6. Tekutina z okolního prostředí 5 je generátorem 2 formována do podoby syntetizovaného proudu 3, který směřuje od trysky 6. Periodické nasávání a vytlačování tekutiny do dutiny 4 zabezpečují hlavní pohony 7, které uvádějí membrány 8 do protiběžného periodického pohybu. Membrány 8 zároveň vymezují část výstupního průřezu trysky 6. Pohyby membrán 8 ve výstupním průřezu trysky 6 zabezpečují vedlejší pohony 9 a to takovým způsobem, že během pracovního cyklu dochází k periodickému zvětšování a zmenšování průřezu trysky 6 tak, že během nasávací fáze je tento průřez větší než během vytlačovací fáze.
Na obr. 5 je znázorněn třetí příklad provedení zařízení podle vynálezu, kdy výstupní průřez trysky 6 je vymezen alespoň jednou klapkou 12 ovládanou elektromechanickým pohonem 9 a spojenou s pohyblivým pístem 13. K rámu 1 je připevněn generátor 2 syntetizovaného proudu 3, jehož dutina 4 je propojena s okolím prostředím 5 tryskou 6. Tekutina z okolního prostředí 5 je generátorem 2 formována do podoby syntetizovaného proudu 3, který směřuje od trysky 6. Periodické nasávání a vytlačování tekutiny do dutiny 4 zabezpečuje hlavní pohon 7, který uvádí do periodického pohybu část stěny dutiny 4, kterou může být pohyblivý píst 13 nebo pružná membrána. Klapka 12 vymezuje část výstupního průřezu trysky 6. Pohyb klapky 12 zabezpečuje vedlejší pohon 9, a to takovým způsobem, že během pracovního cyklu dochází k periodickému zvětšování a zmenšování průřezu trysky 6 tak, že během nasávací fáze je tento průřez větší než během vytlačovací fáze.
Na obr. 6 je znázorněn čtvrtý příklad zařízení podle vynálezu s generátorem 2 syntetizovaného proudu 3 a jedním celkovým pohonem 17.
-5CZ 309433 B6
K rámu X je připevněn generátor 2 syntetizovaného proudu 3, jehož dutina 4 je propojena s okolím prostředím 5 tryskou 6. Tekutina z okolního prostředí 5 je generátorem 2 formována do podoby syntetizovaného proudu 3, který směřuje od trysky 6. Periodické nasávání a vytlačování tekutiny do dutiny 4 zabezpečuje celkový pohon 17, který jednak uvádí membránu 8 do periodického pohybu, jednak zabezpečuje pohyb okraje membrány 8 ve výstupním průřezu trysky 6. Membrána 8 vymezuje část výstupního průřezu trysky 6, přičemž během pracovního cyklu dochází k periodickému zvětšování a zmenšování průřezu trysky 6 tak, že během nasávací fáze je tento průřez větší než během vytlačovací fáze.
Na obr. 7 je znázorněn pátý příklad zařízení podle vynálezu opatřeného generátorem 18 hybridního syntetizovaného proudu 1 9. K rámu 1 je připevněn generátor 18 hybridního syntetizovaného proudu 19, jehož dutina 4 je propojena s okolním prostředím 5 tryskou 6 a fluidickou diodou 20. Jelikož fluidická dioda 20 během každého pracovního cyklu propustí větší množství tekutiny do dutiny 4 než vypustí z dutiny 4, časově střední průtok fluidickou diodou 20 směřuje pouze ve směru z okolního prostředí 5 do dutiny 4 v podobě proudu 21 přisávané tekutiny. Proto má hybridní syntetizovaný proud 19 pozitivní časově střední průtok již v ústí trysky 6. Periodické nasávání a vytlačování tekutiny do dutiny 4 zabezpečuje hlavní pohon 7, který uvádí membránu 8 do periodického pohybu. Membrána 8 zároveň vymezuje velikost výstupního průřezu trysky 6. Pohyb membrány 8 ve výstupním průřezu trysky 6 zabezpečuj e vedlej ší pohon 9, a to takovým způsobem, že během pracovního cyklu dochází k periodickému zvětšování a zmenšování průřezu trysky 6 tak, že během nasávací fáze je tento průřez větší než během vytlačovací fáze.
Všechny výše popsané příklady provedení zařízení podle vynálezu využívají jako pohony 7, 9, 17 elektromechanické převodníky. S výhodou to mohou být převodníky elektromagnetické, elektrodynamické, piezoelektrické nebo termoelektrické.
Výše popsané první čtyři příklady zařízení podle vynálezu generují syntetizovaný proud 3. Pro tento syntetizované proud 3 platí, že jeho časově střední hmotnostní průtok tekutiny tryskou 6 generátoru 2 je v ustáleném režimu nulový. Teprve v určité vzdálenosti od trysky 6 má syntetizovaný proud 3 nenulovou časově střední složku hmotnostního toku, kterou získá přisáváním tekutiny z okolního prostředí 5. Použití syntetizovaných proudů přináší řadu výhod. Hlavní výhodou je relativní jednoduchost celého zařízení podle vynálezu, neboť tekutinové proudy jsou generovány bez nutnosti použít pro uvedení tekutiny do pohybu nějaké další zařízení, jakým bývají točivé stroje, jako např. ventilátor, dmychadlo, kompresor nebo čerpadlo. Rovněž není nutno používat přívodní potrubí, rozvody a zpětné ventily. To přináší úspory na obestavěném prostoru, hmotnosti i ceně zařízení. Navíc odpadají i potenciální zdroje poruch zařízení, kterými bývají uvedené točivé stroje a mechanicky pohyblivé součásti.
Pátý příklad provedení zařízení podle vynálezu, který byl výše popsán, využívá hybridní syntetizovaný proud 19, který na rozdíl od syntetizovaného proudu 3 získává nenulovou časově střední složku hmotnostního toku hned při výtoku tryskou 6 z generátoru 18. Příčinou je vhodný způsob přisávání tekutiny do generátoru 18 prostřednictvím fluidické diody 20. Použití hybridních syntetizovaných proudů zachovává všechny výhody použití běžných syntetizovaných proudů. Navíc hybridní syntetizované proudy umožňují dosáhnout vyšších parametrů proudu, konkrétně vyšší rychlosti proudění na ose proudu, větších toků hybnosti i energie proudu a vyšší energetické účinnosti.
Pracovní tekutinou zařízení podle vynálezu může být jakýkoliv plyn nebo kapalina nebo směs plynů nebo směs kapalin nebo dvoufázová směs plynu a kapaliny. Pracovní tekutinou může být například vzduch, voda, oxid uhličitý (R-744), nebo organické sloučeniny s poměrně vysokou molekulární hmotností oproti vodě.
Všechny výše popsané příklady provedení zařízení podle vynálezu vytvářejí tekutinový proud, a to buď syntetizovaný proud nebo hybridní syntetizovaný proud. Tento proud může být použit
-6CZ 309433 B6 k chlazení elektronické součástky, chlazení lopatky spalovací turbíny, aktivnímu řízení proudových polí, intenzifikaci směšování tekutin nebo silovému působení pro ovládání pohybu.
Přínosem vynálezu oproti dosavadnímu stavu techniky je rovněž možnost dosáhnout kompaktního uspořádání celého zařízení, neboť není nutné použití žádného dalšího zařízení pro uvádění chladicí tekutiny do pohybu. Běžná zařízení k tomu účelu používají vhodného točivého stroje, jako např. ventilátor, dmychadlo, kompresor nebo čerpadlo. Zařízení podle vynálezu uvádí tekutinu do pulzujícího pohybu periodicky se pohybující částí stěny dutiny generátoru, přičemž tato stěna může mít podobu pružné membrány nebo pohyblivého pístu.
Další výhodou je, že zařízení podle vynálezu obsahuje pouze minimální množství mechanicky pohyblivých součástí, kterými jsou pohyblivá stěna dutiny realizovaná v podobě oscilující membrány nebo pohyblivého pístu, případně též klapky. Žádné jiné mechanicky pohyblivé součásti, jakými bývají zpětné ventily u běžných kompresorů nebo čerpadel, a které bývají zdrojem poruch zařízení podle vynálezu neobsahuje.
Průmyslová využitelnost
Zařízení podle vynálezu je využitelné zejména pro účely chlazení v elektrotechnickém, strojírenském, chemickém, biochemickém a potravinářském průmyslu a rovněž pro účely aktivního řízení proudových polí ve vnější aerodynamice při obtékání těles nebo ve vnitřní aerodynamice při průtoku kanály, a dále též pro účely intenzifikace směšování tekutin, nebo zvyšování přestupu tepla a hmoty řízením hlavního proudového pole.

Claims (11)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY
    1. Způsob generování syntetizovaného nebo hybridního syntetizovaného proudu tekutiny generátorem pro vytváření části syntetizovaného nebo hybridního syntetizovaného proudu tekutiny, vyznačený tím, že tekutina je nasávána do generátoru při zvětšujícím se objemu části nebo celé jeho komory a zvětšujícím se průřezu výstupní trysky generátoru a vytlačována z generátoru do okolního prostředí pro vytvoření syntetizovaného nebo hybridního syntetizovaného proudu tekutiny při zmenšujícím se objemu části nebo celé jeho komory a zmenšujícím se průřezu výstupní trysky generátoru.
  2. 2. Způsob generování syntetizovaného nebo hybridního syntetizovaného proudu tekutiny podle nároku 1, vyznačený tím, že objem komory generátoru a průřez výstupní trysky generátoru se mění průhybem pružné stěny komory nebo dvou pružných stěn v komoře.
  3. 3. Způsob generování syntetizovaného nebo hybridního syntetizovaného proudu tekutiny podle nároku 1, vyznačený tím, že průhyb pružné stěny komory nebo dvou pružných stěn v komoře a změna průřezu trysky generátoru jsou měněny spojením s pohony.
  4. 4. Zařízení pro generování syntetizovaného nebo hybridního syntetizovaného proudu tekutiny generátorem k provádění způsobu podle nároku 1, vyznačené tím, že generátor (2) syntetizovaného proudu (3) tekutiny nebo generátor (18) hybridního syntetizovaného proudu (19) tekutiny obsahuje komoru, v níž je uspořádána alespoň jedna membrána (8), mezi níž a stěnou komory nebo další membránou (8) je vytvořena dutina (4) proměnlivého objemu pro nasávání a výtlak tekutiny do a z generátoru tryskou (6) proměnlivého průřezu.
  5. 5. Zařízení pro generování syntetizovaného nebo hybridního syntetizovaného proudu tekutiny generátorem podle nároku 4, vyznačené tím, že tryska (6) je na výstupu z generátoru tvořena membránou (8) a stěnou komory nebo dvěma membránami (8) nebo alespoň jednou pohyblivou a ovládanou klapkou (12) spojenou s vedlejším pohonem (9) a stěnou komory.
  6. 6. Zařízení pro generování syntetizovaného nebo hybridního syntetizovaného proudu tekutiny generátorem podle nároku 4 a 5, vyznačené tím, že membrána (8) je spojena s alespoň jedním pohonem.
  7. 7. Zařízení pro generovaní syntetizovaného nebo hybridního syntetizovaného proudu tekutiny generátorem podle nároku 6, vyznačené tím, že membrána (8) je spojena s hlavním pohonem (7) a s vedlejším pohonem (9) v oblasti trysky (6).
  8. 8. Zařízení pro generování syntetizovaného nebo hybridního syntetizovaného proudu tekutiny generátorem podle nároku 6, vyznačené tím, že membrána (8) je spojena s hlavním pohonem (7) a klapka (12) s vedlejším pohonem (9) v oblasti trysky (6).
  9. 9. Zařízení pro generování syntetizovaného nebo hybridního syntetizovaného proudu tekutiny generátorem podle nároku 6, vyznačené tím, že membrána (8) je spojena s celkovým pohonem (17).
  10. 10. Zařízení pro generování syntetizovaného nebo hybridního syntetizovaného proudu tekutiny generátorem podle nároku 6 až 9, vyznačené tím, že pohony (7, 9, 17) jsou představovány elektromechanickými nebo elektromagnetickými nebo elektrodynamickými nebo piezoelektrickými nebo termoelektrickými převodníky.
    -8 CZ 309433 B6
  11. 11. Zařízení pro generování syntetizovaného nebo hybridního syntetizovaného proudu tekutiny generátorem podle nároku 4, vyznačené tím, že generátor (18) hybridního syntetizovaného proudu (19) tekutiny je opatřen alespoň jednou fluidickou diodou (20), která propojuje dutinu (4) generátoru s okolním prostředím (5).
CZ2017-420A 2017-07-20 2017-07-20 Způsob a zařízení pro generování syntetizovaného nebo hybridního syntetizovaného proudu tekutiny CZ309433B6 (cs)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2017-420A CZ309433B6 (cs) 2017-07-20 2017-07-20 Způsob a zařízení pro generování syntetizovaného nebo hybridního syntetizovaného proudu tekutiny

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2017-420A CZ309433B6 (cs) 2017-07-20 2017-07-20 Způsob a zařízení pro generování syntetizovaného nebo hybridního syntetizovaného proudu tekutiny

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ2017420A3 CZ2017420A3 (cs) 2019-01-30
CZ309433B6 true CZ309433B6 (cs) 2023-01-11

Family

ID=65039210

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2017-420A CZ309433B6 (cs) 2017-07-20 2017-07-20 Způsob a zařízení pro generování syntetizovaného nebo hybridního syntetizovaného proudu tekutiny

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ309433B6 (cs)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060016581A1 (en) * 2004-07-20 2006-01-26 National Taiwan University Double-acting device for generating synthetic jets
CN1818399A (zh) * 2006-03-13 2006-08-16 中国人民解放军国防科学技术大学 单膜双腔双口合成射流激励器
WO2007115740A2 (de) * 2006-04-06 2007-10-18 Bartels Mikrotechnik Gmbh Verfahren und vorrichtung zum automatisierten fördern von flüssigkeiten oder gasen
US20080087771A1 (en) * 2006-08-23 2008-04-17 Lockheed Martin High performance synthetic valve/pulsator
EP2549105A1 (en) * 2011-07-21 2013-01-23 Lockheed Martin Corporation (Maryland Corp.) Synthetic jet apparatus

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060016581A1 (en) * 2004-07-20 2006-01-26 National Taiwan University Double-acting device for generating synthetic jets
CN1818399A (zh) * 2006-03-13 2006-08-16 中国人民解放军国防科学技术大学 单膜双腔双口合成射流激励器
WO2007115740A2 (de) * 2006-04-06 2007-10-18 Bartels Mikrotechnik Gmbh Verfahren und vorrichtung zum automatisierten fördern von flüssigkeiten oder gasen
US20080087771A1 (en) * 2006-08-23 2008-04-17 Lockheed Martin High performance synthetic valve/pulsator
EP2549105A1 (en) * 2011-07-21 2013-01-23 Lockheed Martin Corporation (Maryland Corp.) Synthetic jet apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
CZ2017420A3 (cs) 2019-01-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tesař et al. New fluidic-oscillator concept for flow-separation control
Tesař et al. No-moving-part hybrid-synthetic jet actuator
Nabavi Steady and unsteady flow analysis in microdiffusers and micropumps: a critical review
US20080149205A1 (en) System and method for reducing wake
Trávníček et al. Enhancement of synthetic jets by means of an integrated valve-less pump: part I. Design of the actuator
Choi et al. Design and fabrication of synthetic air-jet micropump
EP2682612A2 (en) Device for generating fluid pulses
CZ309433B6 (cs) Způsob a zařízení pro generování syntetizovaného nebo hybridního syntetizovaného proudu tekutiny
Hu et al. Performance study of external Laval tube diffusion/nozzle piezoelectric pump
Gokoglu et al. Numerical studies of a fluidic diverter for flow control
Zhang et al. A valveless piezoelectric pump with novel flow path design of function of rectification to improve energy efficiency
US7055541B2 (en) Method and mechanism for producing suction and periodic excitation flow
CN109751219A (zh) 一种控制包括真空发生器的真空系统
CN103807173A (zh) 一种旋叶式射流激励器
Xu et al. Three-dimensional flow field simulation of steady flow in the serrated diffusers and nozzles of valveless micro-pumps
Zhang et al. Redefining valves in volume pump
Kim et al. Controllable pneumatic generator based on the catalytic decomposition of hydrogen peroxide
CN203892189U (zh) 一种旋叶式射流激励器
Travnicek et al. Hybrid synthetic jet intended for enhanced jet impingement heat/mass transfer
Basri et al. Study on the Effects of Individual Pitot Tube Inlet of a Bladeless Tesla Microturbine using Numerical Analysis
Gardner et al. Experimental investigation and modeling of scale effects in jet ejectors
Piao et al. A Multidirectional Micro Jet Generator Driven by Piezoelectric Pump
Kumaran et al. Preliminary Aerodynamic Design of a S-CO2 Axial Turbine
Dančová et al. Synthetic jet
RU2455525C1 (ru) Центробежное тяговое устройство