一种无转子射流喷雾风扇的制作方法

本发明属于流体机械与传热传质领域，涉及一种无转子射流喷雾风扇。

背景技术

雾化是将液体喷射进入气体介质中，使之分散并碎裂成小颗粒液滴的过程，广泛应用于日常生活、工业、农业及医疗设备或装置中。在日常生活中有雾化加湿器、雾化气雾剂、喷墨打印等，工业领域利用雾化进行干燥、冷却、反应、喷涂、除尘等工艺过程以及粉末冶金、印刷电路、3d打印等制造过程，农业生产中利用雾化进行农药喷洒和农业灌溉来提高药物和水资源的利用率。

另外，随着电子技术和mems技术的迅速发展，信息化系统的性能、微小型和集成度不断提升，电子器件在总功率大幅度增长的同时，物理尺寸越来越小，导致单位面积功率和热流密度急剧增加，使得其散热问题已成为制约信息化系统发展的一个关键瓶颈问题。任何电子器件/系统都有其工作温度范围，如果不采取有效散热措施来保证其在合适温度下工作，不仅会大大降低工作效率，严重时还会使设备烧毁。卫星、飞机、雷达、激光器、船舶、计算机、仪器仪表等信息化系统上都集成了大量高功率电子器件，部分电子器件甚至是系统的核心部件，其面临的高热流散热问题将严重制约航空航天、能源动力、生物化工、军工核能及微电子等领域的发展。因此，如何高效、可靠地解决高热流密度电子器件散热问题具有重要意义。nasa和美国空军正在合作研发一种用于激光武器、空间卫星和载人航天器等高热流信息化系统的紧凑型喷雾冷却技术。

传统雾化方法主要有压力雾化、气体雾化和超声雾化等。压力雾化是对液体施加高压，迫使其高速流动，通过喷头实现雾化；气体雾化是在雾化过程中引入高压气体，利用气体对液体的冲击、剪切作用将液体雾化，或者利用气体的高动能将液体击碎；超声雾化是指通过施加超声信号，使雾化器一个或多个部件超声振动，并利用雾化器上的微孔结构打散液体实现雾化。上述三种雾化方法分别属于压力场、速度场和声场单场雾化。

技术实现要素：

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种无转子射流喷雾风扇，其是一种声场、压力场和速度场多场协同雾化的无转子射流喷雾风扇。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是：

一种无转子射流喷雾风扇，包括电源控制系统、射流激励器和供液系统。电源控制系统连接射流激励器，通过电源控制系统输出周期性电压信号驱动射流激励器的振动膜在射流激励器中的两个独立腔体即第一腔体和第二腔体间往复振动，使得射流激励器的两个腔体交替压缩和膨胀，同时还在射流激励器腔体内产生脉动压力场和脉动声场。

在射流激励器中的第一腔体对应的第一射流激励器出口通道内设置第一筛网，在射流激励器中的第二腔体对应的第二射流激励器出口通道内设置第二筛网；所述供液系统用于提供喷雾所需液体，供液系统交替向第一射流激励器出口通道和第二射流激励器出口通道注入液体，液体在筛网上离散成小的液膜；其中第一腔体压缩，第二腔体膨胀时，在第一射流激励器出口通道内的高速气体射流穿过第一筛网，使第一筛网上的液膜破碎并夹带在气流里高速喷出，形成射流喷雾；与此同时供液系统向第二射流激励器出口通道内注入液体，液体在第二筛网上离散成小的液膜；第二腔体压缩，第一腔体膨胀时，在第二射流激励器出口通道内的高速气体射流穿过第二筛网，使第二筛网上的液膜破碎并夹带在气流里高速喷出，形成射流喷雾；与此同时供液系统向第一射流激励器出口通道内注入液体，液体在第一筛网上离散成小的液膜；这样在第一腔体对应的第一射流激励器出口通道和第二腔体对应的第二射流激励器出口通道交替喷出射流喷雾。

所述射流激励器包括壳体，所述壳体内设有振动膜，振动膜将壳体内的腔体分隔为两个独立的腔体，分别为第一腔体和第二腔体，所述第一腔体上方对应的壳体顶壁上设有第一射流激励器出口通道，第二腔体上方对应的壳体顶壁上设有第二射流激励器出口通道。

所述振动膜为压电振动膜，其振动是采用压电驱动方式。所述电源控制系统连接射流激励器，电源控制系统输出周期性(高频)电压信号驱动射流激励器的压电振动膜(高频)往复振动，一方面使得射流激励器的两个腔体(第一腔体和第二腔体)交替压缩和膨胀，另一方面还能在射流激励器腔体内产生脉动压力场(即周期性变化的压力场)和脉动声场(即周期性变化的声场)。

在第一射流激励器出口通道以及第二射流激励器出口通道内垂直于射流方向分别布设有第一筛网以及第二筛网，第一筛网以及第二筛网均上密布有筛孔。筛孔的大小与密度设置须使得筛网上液膜受到的表面极限张力大于其重力，确保液膜能有效附着在筛网上，用于将大液滴离散成小液膜。第一筛网以及第二筛网的安装位置均靠近壳体顶壁的上表面，这样避免雾化液滴吸附在出口通道内壁。

所述供液系统用于提供喷雾所需液体，所述射流激励器的壳体上设有供液通道，所述供液通道包括第一供液通道以及第二供液通道。供液系统与第一供液通道以及第二供液通道的入口联通。第一供液通道出口设置在第一射流激励器出口通道的内侧壁上且设在第一射流激励器出口通道中第一筛网的上方；第二供液通道出口设在第二射流激励器出口通道的内侧壁上且设在第二射流激励器出口通道中第二筛网的上方。供液系统通过第一供液通道以及第二供液通道分别为第一射流激励器出口通道以及第二射流激励器出口通道提供液体。

具体地，电源控制系统输出周期性电压信号驱动射流激励器的压电振动膜往复振动，使得射流激励器的第一腔体和第二腔体交替压缩和膨胀。当压电振动膜偏向第一腔体而压缩第一腔体时，一方面，第一腔体内的压强增大，第一腔体内的压强高于外界的大气压力，在第一腔体对应的第一射流激励器出口通道内形成高速气体射流穿过第一射流激励器出口通道内的筛网，使筛网上的液膜破碎并夹带在气流里高速喷出，形成射流喷雾。另一方面，外界空气经第二射流激励器出口通道进入第二腔体，第二腔体膨胀，与此同时供液系统通过第二供液通道向第二射流激励器出口通道内注入液体，液体在第二射流激励器出口通道内的筛网上离散成小的液膜并附着在该筛网上。而当压电振动膜偏向第二腔体而压缩第二腔体时，一方面，第二腔体内的压强增大，第二腔体内的压强高于外界的大气压力，在第二腔体对应的第二射流激励器出口通道内形成高速气体射流穿过第二射流激励器出口通道内的筛网，使筛网上的液膜破碎并夹带在气流里高速喷出，形成射流喷雾。另一方面外界空气经第一射流激励器出口通道进入第一腔体，第一腔体膨胀，与此同时供液系统通过第一供液通道向第一射流激励器出口通道内注入液体，液体在第一射流激励器出口通道内的筛网上离散成小的液膜并附着在该筛网上。也就是说，供液系统是交替对第一供液通道、第二供液通道输液的，即第一腔体压缩，第二腔体膨胀时，供液系统通过第二供液通道向第二射流激励器出口通道内注入液体(此时第一供液通道不输液)；第二腔体压缩，第一腔体膨胀时，供液系统通过第一供液通道向第一射流激励器出口通道内注入液体(此时第二供液通道不输液)。

优选地，第一供液通道靠近第一供液通道出口的一段是设置在第一腔体上方对应的壳体顶壁内的，且壳体顶壁内的第一供液通道是倾斜向下一直延伸通向第一供液通道出口，一般壳体顶壁内的第一供液通道与出口平面的倾斜夹角为15°～30°，借助重力克服通道壁面的粘性阻力，实现连续稳定供液。同样的，第二供液通道靠近第二供液通道出口的一段是设置在第二腔体上方对应的壳体顶壁内的，且壳体顶壁内的第二供液通道是倾斜向下一直延伸通向第二供液通道出口，一般壳体顶壁内的第二供液通道与出口平面的倾斜夹角为15°～30°。

优选地，所述供液系统采用电机驱动或者电磁阀控制，其工作电源由电源控制系统提供，电源控制系统输出周期性电压信号，所述电源控制系统连接延时触发器输入端，用于产生驱动供液系统的触发信号，该触发信号是与电源控制系统输出的驱动射流激励器的周期性电压信号同频率且存在一定时间延迟的触发信号，触发信号的延迟时间需要根据驱动信号频率、延时触发器和控制器响应时间来设置。延迟时间的设置标准是：使得第一腔体压缩，第二腔体膨胀时，供液系统通过第二供液通道向第二射流激励器出口通道内输送液体；第二腔体压缩，第一腔体膨胀时，供液系统通过第一供液通道向第一射流激励器出口通道内输送液体。延迟时间的设置具体要根据驱动信号频率、延时触发器和控制器响应时间来确定。所述延时触发器输出端与供液系统相连，控制供液系统按要求向第一供液通道、第二供液通道输出液体。

本发明中：第一射流激励器出口通道和第二射流激励器出口通道均包括一个以上的通孔。通孔的数量、形状以及排列方式不限。

本发明中：振动膜的材料可以采用弹性材料、柔性材料或者复合材料。振动膜设置在壳体内的腔体中部，振动膜的外缘密封连接在壳体的内壁上。振动膜将壳体内的腔体等分成两个独立的腔体，且两个腔体左右对称。

与现有技术相比，本发明能够产生以下技术效果：

本发明没有转子和轴承，是一种无转子射流喷雾风扇，利用振动膜产生的声场、压力场和速度场多场协同作用对冷却液进行雾化，具有结构简单、控制方便、耐高温、可靠性高、雾化质量好和喷雾速度快等特点，还兼具射流冲击冷却和喷雾冷却换热能力强的优点，有利于提升雾化质量和换热性能，在加湿、除尘以及高热流密度电子器件散热等领域具有重要应用价值。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是一实施例中射流激励器出口通道内筛网和供液通道出口的布置示意图。

图3是射流激励器出口通道其截面形状示意图。

图4是射流激励器出口通道中其通孔数量、形状及分布示意图。

图5是射流喷雾风扇工作实验效果图。

图中各标号表示：

1、射流激励器；1.1、壳体；1.2、振动膜；1.3、第一腔体；1.4、第二腔体；1.5、第一射流激励器出口通道；1.6、第二射流激励器出口通道；1.7、第一筛网；1.8、第二筛网；1.9、第一供液通道；1.10、第二供液通道；

2、电源控制系统；3、供液系统；4、延时触发器。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的实施方式进行进一步的详细说明。

一种无转子射流喷雾风扇，包括电源控制系统2、射流激励器1、供液系统3和延时触发器4。

所述射流激励器1包括壳体1.1，所述壳体1.1内设有振动膜1.2.本实施例中振动膜1.2为压电振动膜，其振动是采用压电驱动方式。振动膜1.2将壳体1.1内的腔体分隔为两个独立的腔体，分别为第一腔体1.3和第二腔体1.4，所述第一腔体1.3上方对应的壳体顶壁上设有第一射流激励器出口通道1.5，第二腔体1.4上方对应的壳体顶壁上设有第二射流激励器出口通道1.6。

本实施例中所述振动膜1.2为压电振动膜，其振动是采用压电驱动方式。所述电源控制系统2连接射流激励器1，电源控制系统2输出周期性高频电压信号驱动射流激励器1的压电振动膜往复振动，一方面使得射流激励器的两个腔体(第一腔体1.3和第二腔体1.4)交替压缩和膨胀，另一方面还能在射流激励器腔体内产生脉动压力场(即周期性变化的压力场)和脉动声场(即周期性变化的声场)。

在第一射流激励器出口通道1.5以及第二射流激励器出口通道1.6内垂直于射流方向分别布设有筛网，分别设为第一筛网1.7以及第二筛网1.8。筛网均为密布有筛孔的致密型筛网。筛孔的大小与密度设置须使得筛网上液膜受到的表面极限张力大于其重力，确保液膜能有效附着在筛网上，用于将大液滴离散成小液膜。筛网在的安装位置均靠近壳体顶壁的上表面，这样避免雾化液滴吸附在第一射流激励器出口通道内壁以及第二射流激励器出口通道内壁。

所述供液系统3用于提供喷雾所需液体，所述射流激励器1的壳体上设有供液通道，所述供液通道包括第一供液通道1.9以及第二供液通道1.10。供液系统与第一供液通道1.9以及第二供液通道1.10的入口联通，第一供液通道出口设置在第一射流激励器出口通道1.5的内侧壁上且设在第一射流激励器出口通道1.5中第一筛网1.7的上方；第二供液通道出口设在第二射流激励器出口通道1.6的内侧壁上且设在第二射流激励器出口通道1.6中第二筛网1.8的上方。供液系统3通过第一供液通道1.9以及第二供液通道1.10分别为第一射流激励器出口通道1.5以及第二射流激励器出口通道1.6提供液体。

参照图1，本实施例中，第一供液通道1.9靠近第一供液通道出口的一段是设置在第一腔体1.3上方对应的壳体顶壁内的，且壳体顶壁内的第一供液通道1.9是倾斜向下一直延伸通向第一供液通道出口，一般壳体顶壁内的第一供液通道1.19与出口平面的倾斜夹角为15°～30°，借助重力克服通道壁面的粘性阻力，实现连续稳定供液。同样的，第二供液通道1.10靠近第二供液通道出口的一段是设置在第二腔体1.4上方对应的壳体顶壁内的，且壳体顶壁内的第二供液通道1.10是倾斜向下一直延伸通向第二供液通道出口，一般壳体顶壁内的第二供液通道1.10与出口平面的倾斜夹角为15°～30°，借助重力克服通道壁面的粘性阻力，实现连续稳定供液。

电源控制系统2输出周期性电压信号驱动射流激励器的压电振动膜往复振动，使得射流激励器的第一腔体1.3和第二腔体1.4交替压缩和膨胀。当压电振动膜偏向第一腔体1.3而压缩第一腔体1.3时，一方面，第一腔体1.3内的压强增大，第一腔体1.3内的压强高于外界的大气压力，在第一腔体1.3对应的第一射流激励器出口通道1.5内形成高速气体射流穿过第一射流激励器出口通道1.5内的第一筛网1.7，使第一筛网1.7上的液膜破碎并夹带在气流里高速喷出，形成射流喷雾。另一方面，外界空气经第二射流激励器出口通道1.6进入第二腔体1.4，第二腔体1.4膨胀，与此同时供液系统3通过第二供液通道1.10向第二射流激励器出口通道1.6内注入液体，液体在第二射流激励器出口通道1.6内的第二筛网1.8上离散成小的液膜并附着在第二筛网1.8上。反之，而当压电振动膜偏向第二腔体1.4而压缩第二腔体1.4时，一方面，第二腔体1.4内的压强增大，第二腔体1.4内的压强高于外界的大气压力，在第二腔体1.4对应的第二射流激励器出口通道1.6内形成高速气体射流穿过第二射流激励器出口通道1.6内的第二筛网1.8，使第二筛网1.8上的液膜破碎并夹带在气流里高速喷出，形成射流喷雾。另一方面外界空气经第一射流激励器出口通道1.5进入第一腔体1.3，第一腔体1.3膨胀，与此同时供液系统3通过第一供液通道1.19向第一射流激励器出口通道1.5内注入液体，液体在第一射流激励器出口通道1.5内的第一筛网1.7上离散成小的液膜并附着在第一筛网1.7上。也就是说，供液系统是交替对第一供液通道、第二供液通道输液的，即第一腔体压缩，第二腔体膨胀时，供液系统通过第二供液通道向第二射流激励器出口通道内注入液体(此时第一供液通道不输液)；第二腔体压缩，第一腔体膨胀时，供液系统通过第一供液通道向第一射流激励器出口通道内注入液体(此时第二供液通道不输液)。

所述供液系统3采用电机驱动或者电磁阀控制，其工作电源由电源控制系统2提供，电源控制系统2输出周期性电压信号，所述电源控制系统2连接延时触发器4输入端，延时触发器4用于产生驱动供液系统3的触发信号，该触发信号是与电源控制系统输出的驱动射流激励器的周期性电压信号同频率且存在一定时间延迟的触发信号。该触发信号的延迟时间需要根据驱动信号频率、延时触发器和控制器响应时间来设置。延迟时间的设置标准是：使得第一腔体1.3压缩，第二腔体1.4膨胀时，供液系统3通过第二供液通道1.10向第二射流激励器出口通道1.16内输送液体；第二腔体1.4压缩，第一腔体1.3膨胀时，供液系统3通过第一供液通道1.19向第一射流激励器出口通道1.15内输送液体。延迟时间的设置具体要根据驱动信号频率、延时触发器和控制器响应时间来确定。所述延时触发器4的输出端与供液系统3相连，控制供液系统3按要求向第一供液通道1.19、第二供液通道1.10输出液体。

本发明中：第一射流激励器出口通道1.15和第二射流激励器出口通道1.16均包括一个以上的通孔。通孔的数量、形状以及排列方式不限。参照图3，射流激励器出口通道其截面形状示意图。当第一射流激励器出口通道1.15以及第二射流激励器出口通道1.16均只包括一个通孔时，该通孔的截面形状不限，可以是圆形、椭圆形、三角形、矩形、环形或者其它任意形状。

参照图4，是射流激励器出口通道中其通孔数量、形状及分布示意图。当第一射流激励器出口通道1.5以及第二射流激励器出口通道1.6均包括多个通孔时，各通孔的截面形状不限，通孔的数量不限，多个通孔间的分布方式不限，通孔数量可以是2个、3个或者其他数量，多个通孔根据使用需要可以采用不同形状阵列布置。

本发明中：振动膜1.2的材料可以采用弹性材料、柔性材料或者复合材料。振动膜1.2设置在壳体1.1内的腔体中部，振动膜1.2的外缘密封连接在壳体的内壁上，如振动膜1.2其外缘套装有橡胶密封圈后安装在壳体内，与壳体的内壁直接因为有橡胶密封圈，因此密封效果好。振动膜1.2将壳体内的腔体等分成两个独立的腔体即第一腔体和第二腔体，且两个腔体左右对称。

结合射流喷雾实验对本发明进行说明。实验中采用高速摄影对射流喷雾风扇工作过程进行记录，如图5所示，其清楚地显示了该装置可以产生明显的高速射流喷雾。

以上所述仅为本发明的优选的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。