一种固定型线边界层涡轮装置和方法

本发明涉及一种固定型线边界层涡轮装置和方法。

背景技术：

1、边界层涡轮即特斯拉涡轮。特斯拉涡轮是一种类型非常独特的涡轮机，无 叶片，由一系列平行的扁平圆盘组成，利用流体粘性 效应传递功。这些圆盘同轴组装，每个圆盘之间保 持微小间隙。由于流体需要尽可能流入转子中，所 以无叶片转子定位在有一个或多个喷嘴的框架内， 流体周向进入系统。 特斯拉涡轮机的工作原理是利用流体的边界层效应: 流体受粘滞力影响，会在管壁或者其它物体边 缘形成一层很薄的边界层。在边界层中，固定表面 流体的流速为零，距表面越远速度越大。利用该效 应就可以让高速流动的流体带动一组圆盘转动。因 此在理想状态下其效率比普通的叶片涡轮机高得 多。

2、无叶片、由流体剪切力驱动的特斯拉涡轮涡轮机具有结构简单、制造公差要求相对较低、密封性能突出等特点，在运转时流体会产生压力梯度（与流速的平方呈正相关）与圆盘的离心力相互平衡，以防止轴承等 部件因超速运转而发生损坏。同时由于运转过程中产生离心力场，使得机体具有自洁性，保证了涡轮机在工质为非常规燃料（如生物质）产生固体颗粒的情况下也可以正常运转，所以在利用研磨液、含有固 体颗粒流体以及其他特殊物化特性流体工质方面具有独特的适应性。现阶段，由于超临界蒸汽朗肯循环、 超临界二氧化碳布雷顿循环等多种循环系统处于探索阶段，使得特斯拉涡轮机因其特性在生产实践中具有 替代传统涡轮机的显著潜力。

3、在高负荷功率运行情况下，叶片式涡轮机运行效 率数倍于特斯拉涡轮机，而低负荷时两者的运行效率则相反。基于低负荷的条件，有学者将特斯拉涡轮机用作太阳能有机朗肯循环加热 和电力系统的膨胀器，通过验证建立的一维理想化的 动量转移模型，发现在最佳设计条件下，其可以实现 7 5 % 的熵效率，证明了特斯拉涡轮机的高效性。还有学者开发了一种水力发电特斯拉涡轮机，以实现家庭供水中潜在能量的循环发电利用，在供水时将自来水进入储水罐过程中产生的势能转化为电能，避免水流到达储水罐后造成能量浪费。 还有学者从改变采用皮带或链条连接压缩机转子与汽车发动机曲轴实现能量传递的传统方法入手，探讨了在车辆中使用特斯拉涡轮替代空调压缩机驱动单元的可能性。清华大学的学者针对低品位能的利用 问题，采用一种无量纲公式，改进了使用特斯拉涡轮机作为膨胀器的有机朗肯循环系统的一维模型，确认特斯拉涡轮机是小型有机朗肯循环系统的潜在选择。 更有学者 针对边远地区电力短缺或没有电力供应 的问题，结合特斯拉涡轮机在低水压的情况下拥有更 高的运行效率的特性，设计制造了一种便携式水轮机，该水轮机可以在任何有水源的地方使用，为边远 地区电力供应问题提供了有效的解决方案。

4、目前被广泛应用的边界层涡轮装置在工作时，圆盘间流动的流体只能做无序流动，内部无序流动的流体囤积后会影响后续流体的流动，进而影响整个设备的运行效率。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种固定型线边界层涡轮装置和方法，用于解决现有边界层涡轮装置在工作时，流体无序流动影响整个设备的运行效率的问题。

2、为了解决上述问题，本发明的技术方案为：

3、一种固定型线边界层涡轮装置，包括壳体，壳体设有涡轮，涡轮上下两端连通轴管，所述涡轮包括多片间隔设置的圆环，多片圆环通过导流片固定连接，所述导流片为渐开线形，在壳体顶面和底面设有轴孔，轴管装配在轴孔内，在壳体侧面设有入流孔。

4、优选的，轴管与轴孔之间装配有轴承。

5、优选的，入流孔的开孔方向与圆环切线方向相同。

6、优选的，导流片具有多片，多片导流片是沿着圆环轴线均匀布置。

7、一种固定型线边界层涡轮装置的方法，流体由入流孔进入壳体内，进入壳体的流体沿着导流片和圆环构成的路径流动，最后从轴管流出，流体在路径内流动时，由边界层效应带动涡轮旋转。

8、本发明的有益效果为：

9、相比传统边界层涡轮，一种固定型线边界层涡轮装置及方法在圆环间加入了渐开线导流片，渐开线导流片既起到导流的作用，又起到连接作用；

10、1.流体沿渐开线导流片运动，保证了流体的运动方向，提高了效率；

11、2.让渐开线导流片连接各圆盘，使出流孔的大小和形状得到改善。

技术特征：

1.一种固定型线边界层涡轮装置，其特征在于：包括壳体（1），壳体（1）设有涡轮，涡轮上下两端连通轴管（3），所述涡轮包括多片间隔设置的圆环（4），多片圆环（4）通过导流片（6）固定连接，所述导流片（6）为渐开线形，在壳体（1）顶面和底面设有轴孔，轴管（3）装配在轴孔内，在壳体（1）侧面设有入流孔（5）。

2.根据权利要求1所述的一种固定型线边界层涡轮装置，其特征在于：轴管（3）与轴孔之间装配有轴承（2）。

3.根据权利要求1所述的一种固定型线边界层涡轮装置，其特征在于：入流孔（5）的开孔方向与圆环（4）切线方向相同。

4.根据权利要求1所述的一种固定型线边界层涡轮装置，其特征在于：导流片（6）具有多片，多片导流片（6）是沿着圆环（4）轴线均匀布置。

5.一种使用权利要求1到4任一项所述固定型线边界层涡轮装置的方法，其特征在于：流体由入流孔（5）进入壳体（1）内，进入壳体（1）的流体沿着导流片（6）和圆环（4）构成的路径流动，最后从轴管（3）流出，流体在路径内流动时，由边界层效应带动涡轮旋转。

技术总结
一种固定型线边界层涡轮装置和方法，包括壳体，壳体设有涡轮，涡轮上下两端连通轴管，所述涡轮包括多片间隔设置的圆环，多片圆环通过导流片固定连接，所述导流片为渐开线形，在壳体顶面和底面设有轴孔，轴管装配在轴孔内，在壳体侧面设有入流孔。本发明所要解决的技术问题是提供一种固定型线边界层涡轮装置和方法，用于解决现有边界层涡轮装置在工作时，流体无序流动影响整个设备的运行效率的问题。

技术研发人员：苏华山,王在志,陈泓,敖东山
受保护的技术使用者：三峡大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/19