自切换强化激励式射流振荡器的制作方法

本发明属于射流和流体流动控制技术领域，涉及一种自切换强化激励式射流振荡器。

背景技术：

随着社会和生产力的发展，对于简单、高效流体设备的需求越来越多，许多新型流体设备应运而生。在这中间，控制带压流体产生振荡或脉冲射流的装置，有许多重要的用途，如用于强力破碎、切割、清洗吹扫，强化传质传热、混合、气曝、喷淋等。对于可压缩流体，有射流振荡流量计，控制边界层分离，提高机翼升力的振荡干扰器，和静止式气波制冷机的振荡射流分配器等。

利用射流的附壁(koanda)效应，再对射流两侧施加周期性的激振力，就能使射流不断向流道的两侧切换附壁，形成摆动射流。以钝尖角形的分流劈，将主射流扩展流道从中叉劈分开，形成两条、或多条相互独立呈一定夹角扇形排布的分支流道，则主射流就会轮流进入各条分支流道，在每一条分支流道中都变成脉冲射流。静止式气波制冷机就是依靠这种摆动的振荡脉冲射流，分配气体到扇形排布的各根接受管中，再由气体活塞效应，产生压缩波输出能量，和产生膨胀波制冷。

对于要使用所产生的振荡射流做功、或其他有效应用的场合，对主射流转换成振荡射流的能量保持效率，是特别关注的。但遗憾的是，传统的依靠主射流分流反馈自激励的振荡器，无论是正反馈式、共鸣式、还是音波式等，由于分流流道的流动阻力或产生激波，使得再回流到振荡腔的自激励流总压，比之主射流会明显降低。如此产生两种劣果，一是激励振荡的能力减弱，需要大量的主射流分流量。即便如此，在不少情况下也不能激发振荡，如高压高密度的射流惯性大，需要很大的激励流推动力才能使其偏转，自激励能力往往达不到，或是只能产生很小幅度的瞬间摆振；二是这相当量的分流，回到振荡腔后，再次纵向加速流动的速度，全依靠主射流卷吸挟带的动量交换，就如同喷射器一样。该过程主射流损失的动能与其卷吸前后流速的平方差成正比，这个数值是很大的，因此自激励振荡器的能量利用指标总压保持率仅有60～75％，相当多主射流的能量被白白消耗丧失。

中国专利ZL201410087495.6和ZL201410341458.3提出将与主射流同源同参数的流体经过脉冲调制后引进振荡器作为激励流，直接提高了激励流的总压，大大增强了激振能力。而且激励流更能凭借自身的高总压自膨胀纵向加速，不消耗主射流的动能，激励流多余的能量还能添加到主射流和改善减小边界层流动的分离损失，射流总压保持率可达85～95％。但是同源激励流在导入振荡腔之前，需要用机械或电磁阀换向生成两股反相一开一闭的脉冲流，驱动切换阀也需要额外的动力装置，实施起来有一定的麻烦。

此外，现有射流振荡器的激励流流道轴线皆是与振荡器轴线相垂直布置的，以获得大的推动力。但由于初始激励阶段，主射流总是向当时所轮到的激励口这边附壁弯曲的，激励流的速度矢量会有沿主射流速度矢量反方向的分量，即两股流有一些逆向对冲，这会同时消耗二者的动能，使损失增加。

技术实现要素：

本发明提供一种只凭振荡器自身出口射流压力所发生的变化，就能控制外引的同源激励流交替进入振荡腔左、右侧的自切换强化激励式射流振荡器，它能保持自激励振荡器的优点：实现两侧激励流的自动切换，而不需要额外施加动力装置。但其自行控制导入的激励流，已经不再是主射流的分流，而是被替换成与主射流同源的具有高总压的流体。如此一来，一是能够实现强化激励即激励强度大增，使振荡在任何条件下都易于发生；二是导入振荡腔的激励流，能凭借自身的高总压自行膨胀而纵向加速，不消耗主射流动能，使射流能量被充分保持，射流的总压保持率也能达到85～95％的水平。

本发明的技术方案：

自切换强化激励式射流振荡器，包括一个主射流喷入口、两个以上分支流道出口和两个连通到振荡腔侧壁开口的激励流入口；把与主射流相同的气源先连通到一个由左、右连体小气缸和中间活塞组成的自切换的换向阀，从换向阀气缸长度的中部上侧导入来气，通过活塞的径向贯穿孔洞，连通到气缸下侧的两个激励流出口的其中一个，两个激励流出口则分别连通到振荡器振荡腔两边侧壁的两个激励流入口。

气缸上侧导入的来气具体能连通到下侧的哪一个激励流出口，由活塞的轴向位置决定，活塞左移则连通左出口，右移则连通右出口。而活塞的位置是由振荡器最外两条分支流道中的压力差值所决定的：用两根导管将两外侧分支流道的两个取压口与左、右小气缸外端面上的两个驱动气入口交叉连通，当左外侧分支流道有脉冲射流流动时，其压力必然大于右外侧分支流道，由于是交叉连通导入到左、右小气缸的，故此时右侧气缸压力大于左侧，压差使活塞向左移动，激励流就能从气缸下侧的左激励流出口流出，再连通进到振荡器振荡腔左侧的激励流入口，推动主射流向右壁面切换，流入右侧外分支流道。这之后右外侧分支流道的压力又升高，左外侧分支流道的压力下降，压差又使活塞向右移动，激励流改从气缸下侧右激励口流出，再从右侧激励流入口进入振荡腔，推动主射流再向左壁面切换，周而复始，形成振荡。

调节活塞的质量和导管长度与气容，就能控制上述切换附壁的周期即振荡频率。

为消除现有射流振荡器普遍存在的逆向对冲现象，本发明自切换强化激励式射流振荡器，将激励流流道轴线由原来的垂直，改为向主射流下游即出口方向倾斜一定的角度。

本发明的有益效果是：

本发明的自切换强化激励式射流振荡器，它既能如同自激励振荡那样简单方便，又能像外激励振荡那样易振，能得到大振幅即大摆振角。而特别的优越性是能大幅提高射流振荡的效率，降低能量损失，可拓宽射流振荡的应用领域。

对于难以被偏转的高压高密度大惯性射流，由于分支流道内同样的压力相对升幅百分比，就能造成分支流道之间成倍的压差，增大推动活塞移动的力，使自切换更加可靠。因此，本发明特别适合于压力较高、自激励振荡无力实现的场合。

由于换向阀活塞是靠两端压差推动的，故无需设置驱动杆或轴穿过气缸端盖与外界连通。因此无泄露，也不需要外密封，换向阀简单易制，不像外激励换向装置那样繁杂。

本发明附加的对激励流入振荡腔角度的改造，彻底杜绝了激励流与主射流之间的逆冲现象，并且激励流还能具有初始纵向速度，减轻与主射流边缘的碰撞，如此更加提高了射流振荡的能量效率。

附图说明

图1为本发明自切换强化激励式射流振荡器主体的一种实施结构主视图。

图2为本发明自切换强化激励式射流振荡器与换向阀的基本结构与各接口的连接关系图。

图3为本发明自切换强化激励式射流振荡器机体板上各个流道的轮廓图。

图中：1机体板；2压力气体入口；3左激励流入口；4右激励流入口；

5上盖板；6左外侧分支流道取压口；7右外侧分支流道取压口；8底座；

9左、右小气缸；10活塞；11来气入口；12径向贯穿孔；13右驱动气入口；

14右激励流出口；15左激励流出口；16左驱动气入口；17进气缓冲腔；

18射流喷嘴流道；19振荡腔；20右激励流流道；21右外侧分支流道；

22中区分支流道；23左外侧分支流道；24左激励流流道。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

本发明自切换强化激励式射流振荡器的一种典型的实施方式描述如下，但不只局限于此种实施方式：

本发明自切换强化激励式射流振荡器，由振荡器主体和自切换换向阀两部分所组成的，主体部分包括机体板1、上盖板5和底座8等；在上盖板5上开设有压力气体入口2、左激励流入口3、右激励流入口4、左外侧分支流道取压口6和右外侧分支流道取压口7；在机体板1上加工出一定深度的、最大可为机体板全厚度的进气缓冲腔17、射流喷嘴流道18、振荡腔19、右激励流流道20、右外侧分支流道21、0至8条扇形排布的中区分支流道22、左外侧分支流道23和左激励流流道24；自切换换向阀由一体的左、右小气缸9和居中移动的活塞10组成；在左、右小气缸9的两端盖上分别设有左驱动气入口16和右驱动气入口13，用2根导管交叉分别与振荡器主体部分的右外侧分支流道取压口7和左外侧分支流道取压口6相连通；左、右小气缸9的上侧开设来气入口11，接至与振荡器同源的压力气体，下侧则开设左激励流出口15和右激励流出口14，用2根导管分别连通到振荡器主体部分的左激励流入口3和右激励流入口4；活塞10横钻径向贯穿孔12，该径向贯穿孔12上端设稍大凹坑以始终连通来气入口11，径向贯穿孔12下端则根据活塞9被驱动移到汽缸左、右端的位置决定，择一对位连通到左激励流出口15或右激励流出口14。

本发明自切换强化激励式射流振荡器，其另一种各个接口的连接实施方式是：左、右小气缸9的两端盖上的左驱动气入口16和右驱动气入口13，用2根导管分别与振荡器主体部分的左外侧分支流道取压口6和右外侧分支流道取压口7连通，左、右小气缸9下侧的左激励流出口15和右激励流出口14，用2根导管交叉连通到振荡器主体部分的右激励流入口4和左激励流入口3，同样可实现正确的换向激励。

本发明自切换强化激励式射流振荡器，其机体板1上的左激励流流道24和右激励流流道20对称于主体板的对称轴线，各激励流流道的轴线与对称轴线的垂直线之间有1～30°的向前即向着主射流出口方向的夹角。

本发明自切换强化激励式射流振荡器，其换向阀部分一体的左、右小气缸9，和居中移动的活塞10，二者的横截面都是圆形或者都是矩形，为圆形时，设有活塞防转动销钉；左、右小气缸9的两侧内端面，设有活塞限位减振材料和结构。

本发明自切换强化激励式射流振荡器，在机体板1上加工出按轴线对称和扇形排布的左外侧分支流道23与右外侧分支流道21和0～8条中区分支流道22，会自动形成1～7个楔形的固壁分流劈。各分支流道为等截面直流道或向出口宽度渐缩的锥流道，其流道宽度为射流喷嘴流道18出口宽度的1～5倍，高度与振荡腔19相等，皆为射流喷嘴流道18出口高度的0.9～2倍。

本发明自切换强化激励式射流振荡器，其射流喷嘴流道18为渐缩式流道或直流道，其出口宽度和高度根据射流流量而定，宽度范围为1～200毫米，高度即深度范围为1～500毫米。

本发明自切换强化激励式射流振荡器，其振荡腔19的宽度，为射流喷嘴流道18出口宽度的1.05～4倍，振荡腔19的长度为射流喷嘴流道18出口宽度的2～20倍，振荡腔19的高度为射流喷嘴流道18出口高度的0.9～2倍。

本发明自切换强化激励式射流振荡器，对称开设的左激励流流道24和右激励流流道20，其在振荡腔19侧壁的入口开口高度为振荡腔19高度的0.7～1倍，其开口宽度为射流喷嘴流道18出口宽度的0.02～0.5倍，其侧壁开口到射流喷嘴流道18出口的距离，为振荡腔19长度的0.15～1倍。

本发明自切换强化激励式射流振荡器的工作原理叙述如下：

气源气从振荡器主体部分的压力气体入口2进到进气缓冲腔17，再经射流喷嘴流道18加速成高速射流进入振荡腔19。由于存在不对称或扰动，射流抽吸振荡腔19两侧气体的效应不平衡，两侧压差使射流向一侧略微偏斜，更使压差增大而最终附壁于振荡腔19的某一侧壁面，射流遂被导入该壁面那一侧下游的外侧分支流道。设射流进入了左外侧分支流道23，其流道内压力升高，交叉连通到左、右小气缸9的右侧小气缸内的压力也升高，推动活塞10向左移动，使径向通孔12对位到左激励流出口15，进入来气入口11的与振荡器同气源的来气，经过径向通孔12流入到左激励流出口15，再被导引到振荡器主体部分的左激励流入口3，通过左激励流流道24从左侧进到振荡腔19，推动已向左附壁的主射流向右侧切换。切换完成之后，右外侧分支流道21有射流流过而压力升高，交叉连通到左、右小气缸9的左侧小气缸内的压力也升高，再推动活塞10向右移动，使径向通孔12对位到右激励流出口14，来气经过径向通孔12流入到右激励流出口14，再被导引到右激励流入口4，通过右激励流流道20从右侧进到振荡腔19，推动已向右附壁的主射流再向左侧切换，周而复始形成振荡。

本发明自切换强化激励式射流振荡器的运行参数范围如下：

气源气压力范围：0.01～40MPa；

射流振荡频率：0.1～300Hz。