专利名称：一种消除流道口涡流的方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明属于流体力学领域，具体涉及一种消除流道口处涡流的方法，本发明还涉及一种采用该方法的装置。
背景技术：
流体力学是一门涉及众多领域的基础科学，其在航空航天、水利船舶等领域具有举足轻重的地位。众所周知，流体由高压区向低压区流动时会产生涡流，强力的涡流会让液体泵吸入空气，造成泵内“气蚀”降低泵的工作效率，严重时会使泵停止工作。水电站进水口吸入空气会使水轮机无法正常运转，因而在水电站上，有无涡流的喇叭口型设计，也有为减弱涡流的椭圆口、消涡棒等，但这些减弱涡流的设计方法只能减弱涡流的强度，使设备可以保持运转，但不能消除涡流产生的振动和阻力。喇叭口型的设计只能用在大坝的两头沿岸，开挖出长长的喇叭口型隧道，把水引向水轮机，其工程费用过大，使用范围受限。
现有的舰艇、船舶依然使用螺旋桨推进器，其能耗高、效率低，由于螺旋桨的转动使舰艇或船舶的后侧尾流中形成很强的涡流，造成振动、噪音大，此外，有时螺旋桨还会在海洋中被捕鱼的拖网缠绕，严重时甚至使潜艇不能脱身，如俄罗斯小潜艇在靠近北极处被拖网缠绕，七名艇员涉险并差点送命，此事件震动了世界。
针对螺旋桨推进器的不足，美、英、澳等国已有战舰采用了先进的喷水推进器用以取代螺旋桨推进器，我国目前也已研制成功并率先在双体导弹快艇上使用。德国所谓的“静音”潜艇是以燃料电池为动力，用电机带动水泵做喷水推进。柴油机和螺旋桨上的振动和噪音被消除了，但是水泵进水口处涡流产生的振动阻力和噪音仍然存在，达不到完全高效静音的目的。
航空发动机进气道内的气流流场在飞机加减速度状态下，以及飞机大迎角机动过程中变化显著，严重影响发动机的正常工作，其中流场中的涡流效应不可忽视，为此强调高速截击性能的截击机一般采用可变截面积进气道，如我国歼-10型战斗机，而用于多用途的战斗轰炸机由于不要求高速性能，为了简化进气道结构重量则采用了固定进气道结构，如椭圆型、矩形进气道。但是这些设计只是在一定程度上减少涡流对发动机进气道的影响，并不能从根本上解决这一问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种有效消除流道口涡流的方法，使与涡流相关的并具有流道的机械设备入口处的流体流速增大，振动和噪音消失，提高了其工作效率；本发明的另一个目的是提供一种采用该方法而消除流道口涡流的设备。
本发明所述的一种消除流道口涡流的方法，其特征是在流道口的前端设置8个或8个以上的导流片，使流体在进入流道口时以该流道口的型心为中心，形成多条向心平流体并进入流道内。
发明原理流体流动的规律是高压区的流体有向低压区流动的趋势，当流体中某部分出现低压区，四面八方的流体都会向该低压区流动，同时，流体的速度并不相同，相对压力大的底部区域比压力小的上部区域流体流动的速度更快一些。而在流道口形成涡流的条件就是流体存在角速度，其中与流道口成90度角的流体对涡流形成的影响最大，小于90度角的流体对涡流形成的作用递减，当流体小于21度角同时流速小于1米/秒时，就不会形成涡流。流道口几何形状的面积与该形状内所能划出最大圆面积的比值决定涡流的强度大小和有无，如果两面积相等则涡流强度最大(压力相等条件下)，反之涡流强度小，如果流道截面呈长条形，则不可能出现涡流。而本发明利用多个导流片将流体分割，使流体在进入流道口时以该流道口的型心为中心，形成多条向心平流体并进入流道内，从而消除了流体产生角速度的趋势，因而消除了涡流的现象。
本发明还提供了一种消除流道口涡流的设备，其特征是在流道口垂直于流体流动方向的平面上，以该流道口的型心为中点，沿流道边缘设置8个或8个以上的流道外向心导流板，所述导流板呈辐射状、等距离垂直设置。
所述导流板向流道口的型心延伸并超过流道口边缘流道半径的1/5长度，同时向流道口下延伸流道半径的1/5长度以便焊牢。在导流板外缘设有将所有导流板固定在一起的加固环。在导流板外罩有防堵罩。
本发明可以有效消除各种流道口因流体流动时产生的角速度而形成的涡流，大大提高了流体在流道里的流速，减少了流体产生的阻力振动和噪音，当应用于水力发电站上，可以显著提高发电机的功率，使水流的势能向电能转换的效率大大提高，同时有限抑止了水流在流道口的振动和噪音，消除了其对大坝和发电设备的破坏作用，延长了发电设备的工作寿命。当应用于航天航空领域中，本发明通过简单的改装，特别是随着钛合金、碳纤维复合材料等高新技术的应用，在诸如喷气式飞机的进气道口处设置本发明的装置，可以在增加很少的结构重量情况下，显著改善进气道气流的流场状况，减少了飞机在做机动飞行时进气道因涡流造成发动机喘振甚至停车的可能性。此外本发明也同样适用于其他带有流道并以流体为介质的机械设备，如石油化工泵站等。
目前，涡流研究已引入混沌理论，要想求出消除后带来效益的绝对值，实际上是求解无限元，当然是不可能的，由于它的应用领域极为广泛，条件极为负责，在某些方面经试验求得几个数据也是没有什么意义的，只能用络伦兹偏微分方程组来表示，就是在特定条件下具体应用只能求出近似值。方程组如下无涡流方程ωx＝ωy＝ωz＝0有涡流方程 四
图1是本发明中消除流道口涡流设备的一个实施例的示意图；图2是图1的侧视图。
五具体实施例方式
本发明所述的一种消除流道口涡流的方法，其是在流道口的前端设置多个导流片，使流体在进入流道口时以该流道口的型心为中心，形成多条向心平流体并进入流道内。
如图1、图2所示是一种消除流道口涡流的设备，其在流道口垂直于流体流动方向的平面上，以该流道口的型心为中点，沿流道边缘设置8个以上的流道外向心导流板2，各导流板2呈辐射状、等距离垂直设置，导流板2的长高可以相同，并可按流道口直径为参考依据，考虑压差的高低及流量的大小，导流板2可以适当加长或缩短，导流板2可以焊在与流道口齐平的底板1上，流道口向下焊一短圆筒4，导流板2向流道口的型心方向延伸并伸入流道口边缘10厘米左右，同时向流道口下延伸10厘米左右，伸入的部分焊在圆筒壁上以利焊牢。为了起到加固及定位的作用，在导流板2外缘用金属条将所有导流板焊接固定在一起形成三个固定环。本装置焊接后的外形可以是圆筒形、半球形、锥体形等符合设备需要的各种形状，材料和规格可以根据需要选择。此外，为了防止杂物或鸟类被吸进流道内，在导流板外还罩有防堵罩3。对于在水电站等应用领域该装置可以安装底板1，而对于航空航天及船舶领域则不需要安装底板。
上文对本发明各方面的描述是为了示例和描述的目的，并不想把本发明穷尽于和局限于所公开的精确形式，而且显然可能有许多改型和变化。这样的改型和变化，包括技术方案及其实现均属于本发明权利要求所定义的保护范围。
权利要求
1.一种消除流道口涡流的方法，其特征是在流道口的前端设置多个导流片，使流体在进入流道口时以该流道口的型心为中心，形成多条向心平流体并进入流道内。
2.一种消除流道口涡流的设备，其特征是在流道口垂直于流体流动方向的平面上，以该流道口的型心为中点，沿流道边缘设置8个或8个以上的流道外向心导流板，所述导流板呈辐射状、等距离垂直设置。
3.根据权利要求2所述的消除流道口涡流的设备，其特征是所述导流板向流道口的型心延伸并超过流道口边缘流道半径的1/5长度，同时向流道口下延伸流道半径的1/5长度。
4.根据权利要求2或3所述的消除流道口涡流的设备，其特征是在导流板外缘设有将所有导流板固定在一起的固定环。
5.根据权利要求2或3所述的消除流道口涡流的设备，其特征是在导流板外罩有防堵罩。
全文摘要
本发明公开了一种消除流道口涡流的方法及其设备，该方法是在流道口的前端设置8个或8个以上的导流片，使流体在进入流道口时以该流道口的型心为中心，形成多条向心平流体并进入流道口。所述导流板呈辐射状、等距离垂直设置。本发明可以有效消除各种流道内因流体流动时产生的角速度而形成的涡流，大大提高了流体的流动效率，减少了流体产生的阻力振动和噪音，当应用于水力发电站上，可以提高水道中水流的速度，从而显著提高发电机的功率，当应用于航天航空领域中，可以显著改善进气道气流的流场状况，减少了飞机在做机动飞行时进气道因涡流造成发动机喘振甚至停车的可能性。此外本发明也同样适用于其他带有流道并以流体为介质的机械设备。
文档编号F15D1/00GK101029653SQ200710020969
公开日2007年9月5日 申请日期2007年4月5日 优先权日2007年4月5日
发明者宫多乾, 宫海林, 宫玄 申请人:宫多乾