专利名称：一种垂直涡流发生器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发生器，尤其是涉及一种垂直涡流发生器。
背景技术：
边界层分离的控制是流动控制的重要部分，方法有多种，其主要的指导思想是增大边界层内流体的运动能量，提高其抵抗分离的能力以抑制分离。涡流发生器是克服边界层分离的有效方法之一。控制流动分离用的涡流发生器多需要机械结构件，虽然可以在边界层流动中起到控制分离的作用，但当边界层没有发生分离时，反而会对流动产生负面影响。其它可控制流动分离的装置多需要额外气源，而且组件较多，结构复杂，加工难度大或加工量大。生产中也常会遇到掺混物料的需求，已有的方法往往需要结构复杂的机构和动力。
公开号为CN1234095的发明专利申请公开一种小型涡旋流体装置，它包括一组两个涡巻支撑元件； 一涡巻元件具有渐开螺旋凹槽的内部轴向表面， 一螺旋涡巻构件旋入螺旋凹槽内，并可沿其螺旋槽道旋转移动；另一涡巻支撑元件具有由内部轴向表面突出的渐开螺旋涡巻构
件；有一同步组件轴向地介于上述两涡巻支撑元件之间，与该涡旋流体装置相关的入口及出口区域径向地向内，而且也与该涡旋流体装置的轨道中心径向地向内。该涡旋流体装置最好由塑料制成。该装置提供了既非常小型，且廉价的涡流装置。
公开号为CN101001500的发明专利申请公开一种空心筒电极涡流式空气等离子体发生器，主要由分别带有引线的阴极和阳极、以及控制等离子体焰的外磁场线圈组成；阴极和阳极都是由两个内外同心、两端开口的空芯金属筒组成，阴极空芯绝缘绝热垫圈与阳极固连一体，使阴极内层空芯腔贯通形成等离子体腔，阴极上端被绝缘绝热封闭，阳极内外两空芯筒间被封闭，使阴阳极的内、外两层空芯筒间形成水冷密封空腔，阴阳都设有工作气流输入管及冷却水进出管口阳极外层设有外磁场线圈。优点是结构简单、制造成本低、工业维护方便、使用寿命长。
倪亚琴(倪亚琴.涡流发生器研制及其对边界层的影响研究[J].空气动力学学报，1995年，13 (1): 110-116)介绍了叶片式涡流发生器的造型、机理和对边界层流动控制的应用。以上能够形成涡流的发生器都需要机械结构件，有的本身结构还很复杂，而且无法直接
4在平面或物体表面形成垂直向上的涡流；而能对边界层分离流动进行控制的涡流发生器虽能达到目的，但对无分离的流动也带来负面的影响。
发明内容
本发明的目的在于针对现有的某些能够形成涡流的发生装置所存在的结构较为复杂，无法在平面或平滑物体表面直接产生涡流，能对边界层流动进行控制的涡流发生器虽能达到目的，但对无分离的流动也带来负面影响等不足，提供一种结构较为简单，可在平面或平滑的物体表面直接产生垂直涡流的垂直涡流发生器。
本发明设有底板和交流电源，底板为绝缘电介质平板，在底板的上表面和下表面覆有至少2对同圆心的圆形电极，圆形电极包括圆形上表面电极和圆形下表面电极，以及至少4对弧形电极，弧形电极包括弧形上表面电极和弧形下表面电极；圆形电极中有1对圆形上表面电极和圆形下表面电极分别设在底板两侧中央；弧形上表面电极和弧形下表面电极均分别与底板上下表面中央的圆形上表面电极和圆形下表面电极连接并绕其圆周方向呈辐射状均匀地成对间距交错排布；其余各对圆形上表面电极和圆形下表面电极设于弧形上表面电极和弧形下表面电极的外侧，并交错排布；在覆有电极的底板的横截剖面上，同一对弧形上表面电极和弧形下表面电极，或同一对圆形上表面电极和圆形下表面电极的尺寸均满足以下关系〉D2，且D2〉c^和A —￡>2>D2—(A+^)， A为相邻上表面电极之间的距离，D2为同一对电极的上表面电极与下表面电极相背的两侧之间的距离，A为同一对电极的上表面电极的宽度，4为同一对电极的下表面电极的宽度；底板两侧的设在所有弧形电极外侧的同一对圆形上表面电极和圆形下表面电极的尺寸还需满足以下关系i^>。， i ,为圆形上表面电极的内侧半径，。为圆形下表面电极的内侧半径；各弧形上表面电极与底板上表面的中心圆形电极和弧形上表面电极外侧的各圆形上表面电极电连接；各弧形下表面电极与底板下表面的中心圆形电极和弧形下表面电极外侧的各圆形下表面电极电连接；各上表面电极和各下表面电极分别与交流电源的两个输出端电连接；在底板下表面与所有下表面电极上设有电介质材料覆盖层。
所有的弧形上表面电极和弧形下表面电极均为同向弯曲的弧线，可为圆弧，或其它曲线，但为了保证所产生的涡旋流动具有所需的方向，各弧形上表面电极和弧形下表面电极最好具有与所需的涡流旋转方向相同的弯曲方向，而且只能是围绕底板中心的圆单向弯曲；由于弧形电极呈辐射状排布，因此对确定的一对弧形上表面电极和弧形下表面电极，Dh 1)2的值会因在不同部位取剖面而不同，在设计时^、 ^也可视电极条排布的具体情况而改变，如靠近圆心处可较细些，远离圆心处可较宽些，但都必须满足上述尺寸关系。
5设在底板两侧中央的1对圆形上表面电极和圆形下表面电极可交错排布，或不交错排布，或为直径较小的相同圆斑。
所述底板最好为绝缘电介质平板，绝缘电介质平板选自陶瓷平板、聚四氟乙烯平板或环氧树脂平板等；绝缘电介质平板的厚度/Z最好^0.5mm，所有各对电极的上表面电极的厚度^为0.05 0.15mm，所有各对电极的下表面电极的厚度/ 2为0.05 0.15mm。
所述电介质材料覆盖层的厚度最好大于5倍下表面电极厚度&，足以覆盖所有的下表面电极，并防止电介质材料层下方产生气体放电。
所述圆形上表面电极或圆形下表面电极中的最外圈圆形上表面电极或圆形下表面电极的外侧距底板边缘的距离〉10mm。
交流电源的输出电压最好为3 10KV，频率最好为10 20KHz。
本发明是一种大气压介质阻挡放电产生垂直涡流的装置。当在底板上、下表面电极之间加载高压交流电时，底板上表面发生气体放电，产生定向气流(参见图3)。电介质材料覆盖层的作用是防止底板的下表面也出现气体放电。根据图3的气体放电产生平行于板面且垂直于电极条的定向流动的原理，当本发明通电工作时，在底板上表面，弧形电极外侧的圆形电极表面产生聚向圆心且垂直于底板表面的向上射流流动(参见图4)，而弧形电极表面形成平行于底板绕圆心的平面旋流(参见图5)，两种流动相互作用的结果是在底板上表面产生一个轴线经圆心且垂直于板面的向上旋转流动，即垂直于底板板面的涡流(参见图6)。本发明的涡流发生器应用的场合可以很多，例如可用于流动边界层的主动控制，也可用于微细颗粒状物体的掺混或搅拌，等等。
本发明的使用方法可将本发明布置在物体表面需要垂直涡流的地方，将其附着于物体表面。
本发明形成垂直涡流的原理是利用设于绝缘电介质平板上的所有上表面电极和下表面电极之间的大气压介质阻挡放电产生向圆心聚集的向上的旋转气流自然形成垂直于平板的涡流。其突出优点是(l)可方便地改变涡流强度，当需要改变涡流强度时，只需改变加载电源的输出电压或频率；(2)组成结构简单，在产生涡流的表面不需要形成涡流的机械结构，在不需要涡流发生器工作时，物体表面保持平滑；(3)涡流的方向由弧形电极条的弯曲方向及其交错排布方式所决定，可形成右手螺旋方向或左手螺旋方向的涡流；(4)不需要额外气源，也不需要泵和管道等机械部件；(5)可根据对涡流强度的需求，通过调整底板两侧电极条的对数、布置尺寸、弯曲形状和选择底板材料进行设计。其技术效果是能够在平面壁上直接产生垂直
6于壁面的涡流，涡流的流量和强度可方便地通过改变电源参数进行调节。
图1为本发明实施例的结构示意图。图2为图1的A-A剖面结构示意图。
图3为本发明实施例依据的大气压介质阻挡放电产生定向气流的示意图；在图3中，放
电引起的气流方向为P。
图4为本发明实施例工作时弧形电极外侧的圆形电极(图1的B-B剖面)形成垂直于底板的向上射流Q的示意图。
图5为本发明实施例工作时弧形电极形成逆时针方向的平面旋流S的示意图。
图6为本发明实施例工作时形成右手螺旋向上的垂直于底板面的涡流T的示意图。
具体实施例方式
参见如图1和2所示，本发明实施例设有底板1和高压交流电源V;底板1为绝缘电介质平板，绝缘电介质平板选自陶瓷平板、聚四氟乙烯平板或环氧树脂平板等。在底板l的上表面和下表面覆有3对同圆心的圆形上表面电极21和圆形下表面电极31，以及9对弧形上表面电极22和弧形下表面电极32;弧形上表面电极22和弧形下表面电极32外侧的圆形上表面电极21和圆形下表面电极31交错排布，弧形上表面电极22和弧形下表面电极32沿底板中心圆电极的圆周方向呈成对等间距交错辐射状排布。
底板1中心的圆形上表面电极21和圆形下表面电极31的外侧直径均为10mm。在底板1的上表面，弧形上表面电极22外侧的外圈圆形电极的内侧直径为90mm，次外圈圆形电极的内侧直径为75mm;在底板1的下表面，弧形下表面电极32外侧的外圈圆形电极的内侧直径为85mm，次外圈圆形电极的内侧直径为70mm。这两对圆形电极的宽度为A二4二lmm。
所有同一对电极的上表面电极和下表面电极的尺寸都满足以下关系(参见图2):Z^〉D2，
且￡>2〉《和A—^2〉D2—(A+4)， A为相邻圆形上表面电极21之间或弧形上表面电极22之间的距离，Z)2为同一对电极的圆形上表面电极21与圆形下表面电极31或弧形上表面电极22与弧形下表面电极32相背的两侧之间的距离，《为同一对电极的圆形上表面电极21或弧形上表面电极22的宽度，^为同一对电极的圆形下表面电极31或弧形下表面电极32的宽度。实际应用时A， ^2， "i， &等的具体尺寸可根据需要设计，但必须满足上述规定的各尺寸间的关系。
所有弧形电极的弧线均为相同的半圆弧线，半圆弧线的直径为35mm， ^=^=lmm;底
7板为120mmX 120mm的矩形平板，也可是直径为120mm的圆形平板。底板上下表面中心的圆形电极外径均为lOmm，宽度为lmm，也可设计成一个直径为10mm的圆斑；由于弧形上
表面电极和弧形下表面电极分别与上下表面中心圆形电极相切，且呈辐射状排布，因此从中心圆形电极顺弧形电极的弯曲方向，D!、i)2是逐渐增大的，直至弧形电极的末端部，Z)2二5mm。
各圆形上表面电极21与弧形上表面电极22电连接，各圆形下表面电极31与弧形下表面电极32电连接，再与高压交流电源V的两个输出端电连接。
底板的厚度i/》0.5mm，弧形上表面电极的厚度/^为0.05 0.15mm，弧形下表面电极的厚度/ 2为0.05 0.15mm。圆形上表面电极的厚度&为0.05 0.15mm，圆形下表面电极的厚度/ 2为0.05 0.15mm。
在底板下表面覆盖电介质材料层，电介质材料层的厚度A大于5倍下表面电极厚度&，足以覆盖下表面电极，并防止电介质材料层下方放电。
最外圈圆形电极的外侧距底板边缘的距离〉10mm。
高压交流电源的输出电压为3 10KV，频率为10 20KHz。
每一对电极在底板上下表面的排布略有错开，底板上下表面的电极分别连接后再连接高压交流电源。当接通高压交流电源时，同一对电极之间会出现放电现象，从而在底板上方产生聚向圆心且向上旋转的气流，即形成一个轴线过圆心、垂直于平板面的涡流。该涡流的旋转方向与弧形电极的弯曲方向及其交错排布方式有关。如图的电极排布方式将产生右手螺旋
的向上涡旋流动。所用高压交流电源可采用市售产品。
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权利要求
1. 一种垂直涡流发生器，其特征在于设有底板和交流电源，底板为绝缘电介质平板，在底板的上表面和下表面覆有至少2对同圆心的圆形电极，圆形电极包括圆形上表面电极和圆形下表面电极，以及至少4对弧形电极，弧形电极包括弧形上表面电极和弧形下表面电极；圆形电极中有1对圆形上表面电极和圆形下表面电极分别设在底板两侧中央；弧形上表面电极和弧形下表面电极均分别与底板上下表面中央的圆形上表面电极和圆形下表面电极连接并绕其圆周方向呈辐射状均匀地成对间距交错排布；其余各对圆形上表面电极和圆形下表面电极设于弧形上表面电极和弧形下表面电极的外侧，并交错排布；在覆有电极的底板的横截剖面上，同一对弧形上表面电极和弧形下表面电极，或同一对圆形上表面电极和圆形下表面电极的尺寸均满足以下关系D1>D2，且D2>d1和D1—D2>D2—(d1+d2)，D1为相邻上表面电极之间的距离，D2为同一对电极的上表面电极与下表面电极相背的两侧之间的距离，d1为同一对电极的上表面电极的宽度，d2为同一对电极的下表面电极的宽度；底板两侧的设在所有弧形电极外侧的同一对圆形上表面电极和圆形下表面电极的尺寸还需满足以下关系Ri>ri，Ri为圆形上表面电极的内侧半径，ri为圆形下表面电极的内侧半径；各弧形上表面电极与底板上表面的中心圆形电极和弧形上表面电极外侧的各圆形上表面电极电连接；各弧形下表面电极与底板下表面的中心圆形电极和弧形下表面电极外侧的各圆形下表面电极电连接；各上表面电极和各下表面电极分别与交流电源的两个输出端电连接；在底板下表面与所有下表面电极上设有电介质材料覆盖层。
2. 如权利要求1所述的一种垂直涡流发生器，其特征在于所有的弧形上表面电极和弧形 下表面电极均为同向弯曲的弧线，圆弧，或其它曲线。
3. 如权利要求1所述的一种垂直涡流发生器，其特征在于各弧形上表面电极和弧形下表 面电极具有与所需的涡流旋转方向相同的弯曲方向，且是围绕底板中心的圆单向弯曲。
4. 如权利要求1所述的一种垂直涡流发生器，其特征在于设在底板两侧中央的1对圆形 上表面电极和圆形下表面电极为交错排布，或不交错排布，或直径较小的相同圆斑。
5. 如权利要求1所述的一种垂直涡流发生器，其特征在于所述底板为绝缘电介质平板， 绝缘电介质平板选自陶瓷平板、聚四氟乙烯平板或环氧树脂平板。
6. 如权利要求1或5所述的一种垂直涡流发生器，其特征在于所述底板的厚度》0.5mm。
7. 如权利要求1所述的一种垂直涡流发生器，其特征在于所有各对电极的上表面电极的厚度为0.05 0.15mm，所有各对电极的下表面电极的厚度为0.05 0.15mm。
8. 如权利要求1所述的一种垂直涡流发生器，其特征在于所述电介质材料覆盖层的厚度 大于5倍下表面电极厚度。
9. 如权利要求1所述的一种垂直涡流发生器，其特征在于所述圆形上表面电极或圆形下 表面电极中的最外圈圆形上表面电极或圆形下表面电极的外侧距底板边缘的距离〉10mm。
10. 如权利要求1所述的一种垂直涡流发生器，其特征在于交流电源的输出电压为3 IOKV，频率为10 20KHz。
全文摘要
一种垂直涡流发生器，涉及一种发生器。提供一种结构较为简单，可在平面或平滑的物体表面直接产生垂直涡流的垂直涡流发生器。设有底板和电源，在底板上下表面覆有至少2对圆形电极和至少4对弧形电极，圆形电极中有1对分别设在底板两侧中央；弧形电极分别与底板上下表面中央的圆形上表面电极和圆形下表面电极连接并绕其圆周方向呈辐射状均匀地成对间距交错排布；余各对圆形电极设于弧形电极外侧；各弧形上表面电极通过底板上表面的中心圆形电极电连接，再与弧形上表面电极外侧的各圆形上表面电极电连接；各弧形下表面电极通过底板下表面的中心圆形电极电连接，再与弧形下表面电极外侧的各圆形下表面电极电连接；在底板下表面设电介质材料覆盖层。
文档编号F15D1/00GK101498330SQ200910111050
公开日2009年8月5日 申请日期2009年2月13日 优先权日2009年2月13日
发明者麒 林, 沈锦明, 波 潘, 黄印阳 申请人:厦门大学