一种自摆动涡环生成器

1.本发明涉及流体力学领域，尤其涉及一种自摆动涡环生成器。


背景技术：

2.涡环是一种在自然界和工程实践中广泛存在的流动结构，火山喷发、生物运动、直升机飞行过程均存在涡环结构。由流体力学相关知识可知，相对于普通射流，涡环能够较好地保持其内部的动能，从而能够运动较远的距离。近些年来，人们对涡环的结构与动力学特征进行了大量研究，并将其用于流动控制、增强传热与散热、质量传输、减噪除冰等领域。但目前的涡环生成器大多只能在其出口正前侧生成涡环，在不借助其他条件的情况下，单个涡环生成器产生涡环的范围较小，这个问题一直有待解决。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种自摆动涡环生成器，改善了大多数涡环生成器只能在出口前方生成涡环的缺点，不借助外部条件，利用涡环生成器自身的内部结构，从而在一定范围内形成涡环。
4.本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种自摆动涡环生成器，包含壳体、压电片、喷液模块和变向体；所述壳体为一端开口一端封闭的空心圆柱体，其封闭端面的中心设有用于流体流出形成涡环的通孔；所述变向体为设置在壳体内的实体圆柱，其轴向长度小于壳体的轴向长度，一个端面和壳体的封闭端紧贴、侧壁和壳体的内壁紧贴；变向体延其轴线设有流道，流道的横截面为圆形、由壳体开口端到封闭端逐渐变小，且流道位于变向体靠近壳体封闭端一侧端面上的横截面的面积大于壳体封闭端面上通孔的面积；所述变向体内周向均匀设有n个环形通道，n为大于等于2的在自然数；所述环形通道和变向体的轴线共面，其入口、出口均设置在流道的壁面上，入口位于出口和壳体封闭端之间，且入口和壳体轴线夹角的范围为20
°
~50
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，出口和壳体轴线夹角的范围为40
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~70
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；所述n个环形通道用于使得流体在流动的过程中形成回流进而干扰主流，使得壳体封闭端通孔处的流体产生摆动；所述喷液模块包含m个喷液单元，所述m个喷液单元等距设置在所述壳体开口端和变向体之间的侧壁上，m为大于等于1的自然数；所述喷液单元包含k个周向均匀设置在壳体侧壁上的喷嘴；所述喷液模块用于将外界流体注入至壳体内；所述压电片设置在所述壳体的开口端，和壳体密闭相连，且压电片接外部驱动机构，用于往复振动、将压缩注入至壳体内的流体使其朝壳体封闭端的通孔流动。
5.作为本发明一种自摆动涡环生成器进一步的优化方案，所述n优先取3，m优先取2，k优先取5。
6.本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
本发明公开了一种自摆动涡环生成器，工作时，压电片向圆形筒体内部收缩，将喷嘴喷出的流体压缩并往出口方向输送；被压缩的流体在壳体内形成主流，在流体运动的过程中，部分流体进入变向体的环形通道形成回流，主流与回流之间的相互干扰，使得出口之前的流体产生摆动，最后喷出；在壳体封闭端通孔周围及中心前方皆为静止空气，由于流体粘性和压差的存在，并且随着壳体封闭端通孔前流体的摆动，在壳体封闭端通孔左右侧的一定范围内会形成涡环。调整壳体封闭端通孔的尺寸能够对生成涡环的区域范围进行调整。
附图说明
7.图1是本发明的剖面示意图。
8.图中，1-壳体，2-变向体，3-环形通道，4-喷嘴，5-压电片。
具体实施方式
9.下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。
10.应当理解，尽管这里可以使用术语第一、第二、第三等描述各个元件、组件和/或部分，但这些元件、组件和/或部分不受这些术语限制。这些术语仅仅用于将元件、组件和/或部分相互区分开来。因此，下面讨论的第一元件、组件和/或部分在不背离本发明教学的前提下可以成为第二元件、组件或部分。
11.如图1所示，一种自摆动涡环生成器，包含壳体、压电片、喷液模块和变向体；所述壳体为一端开口一端封闭的空心圆柱体，其封闭端面的中心设有用于流体流出形成涡环的通孔；所述变向体为设置在壳体内的实体圆柱，其轴向长度小于壳体的轴向长度，一个端面和壳体的封闭端紧贴、侧壁和壳体的内壁紧贴；变向体延其轴线设有流道，流道的横截面为圆形、由壳体开口端到封闭端逐渐变小，且流道位于变向体靠近壳体封闭端一侧端面上的横截面的面积大于壳体封闭端面上通孔的面积；所述变向体内周向均匀设有n个环形通道，n为大于等于2的在自然数；所述环形通道和变向体的轴线共面，其入口、出口均设置在流道的壁面上，入口位于出口和壳体封闭端之间，且入口和壳体轴线夹角的范围为20
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~50
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，出口和壳体轴线夹角的范围为40
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；所述n个环形通道用于使得流体在流动的过程中形成回流进而干扰主流，使得壳体封闭端通孔处的流体产生摆动；所述喷液模块包含m个喷液单元，所述m个喷液单元等距设置在所述壳体开口端和变向体之间的侧壁上，m为大于等于1的自然数；所述喷液单元包含k个周向均匀设置在壳体侧壁上的喷嘴；所述喷液模块用于将外界流体注入至壳体内；所述压电片设置在所述壳体的开口端，和壳体密闭相连，且压电片接外部驱动机构，用于往复振动、将压缩注入至壳体内的流体使其朝壳体封闭端的通孔流动。
12.所述n优先取3，m优先取2，k优先取5。
13.压电片向筒体内部运动时，压缩由各个喷嘴注入的流体，使其朝壳体封闭端的通孔流动；被压缩的流体在壳体内形成主流，在流体运动的过程中，部分流体进入变向体内的环形流道，进而形成回流，主流与回流之间的相互干扰，使得壳体封闭端通孔之前的流体产生摆动，最后从壳体封闭端的通孔喷出；在壳体封闭端通孔周围及中心前方皆为静止空气，由于流体粘性和压差的存在，并且随着壳体封闭端通孔前流体的摆动，在壳体封闭端通孔左右侧的一定范围内会形成涡环。调整壳体封闭端通孔的尺寸能够对生成涡环的区域范围进行调整。
14.自摆动涡环生成器利用其内部结构特点，可以实现单个涡环生成器向其左右侧方向范围内生成涡环，能够解决目前大多数涡环生成器只能向单一方向喷出涡环的问题。
15.本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
16.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种自摆动涡环生成器，其特征在于，包含壳体、压电片、喷液模块和变向体；所述壳体为一端开口一端封闭的空心圆柱体，其封闭端面的中心设有用于流体流出形成涡环的通孔；所述变向体为设置在壳体内的实体圆柱，其轴向长度小于壳体的轴向长度，一个端面和壳体的封闭端紧贴、侧壁和壳体的内壁紧贴；变向体延其轴线设有流道，流道的横截面为圆形、由壳体开口端到封闭端逐渐变小，且流道位于变向体靠近壳体封闭端一侧端面上的横截面的面积大于壳体封闭端面上通孔的面积；所述变向体内周向均匀设有n个环形通道，n为大于等于2的在自然数；所述环形通道和变向体的轴线共面，其入口、出口均设置在流道的壁面上，入口位于出口和壳体封闭端之间，且入口和壳体轴线夹角的范围为20
°
~50
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，出口和壳体轴线夹角的范围为40
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~70
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；所述n个环形通道用于使得流体在流动的过程中形成回流进而干扰主流，使得壳体封闭端通孔处的流体产生摆动；所述喷液模块包含m个喷液单元，所述m个喷液单元等距设置在所述壳体开口端和变向体之间的侧壁上，m为大于等于1的自然数；所述喷液单元包含k个周向均匀设置在壳体侧壁上的喷嘴；所述喷液模块用于将外界流体注入至壳体内；所述压电片设置在所述壳体的开口端，和壳体密闭相连，且压电片接外部驱动机构，用于往复振动、将压缩注入至壳体内的流体使其朝壳体封闭端的通孔流动。2. 根据权利要求1所述的自摆动涡环生成器，其特征在于， 所述n取3，m取2，k取5。

技术总结
本发明公开了一种自摆动涡环生成器，包含壳体、压电片、喷液模块和变向体，壳体为空心圆柱体，一端开口一端封闭，压电片设置在开口端，封闭端设有通孔；喷液模块用于朝壳体内注入流体；变向体设置在壳体内，其上设有若干用于产生环流的环流通道。工作时，喷嘴模块喷出的流体受到外界驱动压电片压缩从而由壳体向出口输送；流体在主流方向流动时，部分流体进入对称分布的环形流道，进而形成回流干扰主流，由于扰动的不均匀性，使得出口的流体发生摆动，进而在壳体封闭端通孔外生成涡环，并维持环状运动较长时间。本发明改善了大多数涡环生成器只能在出口前方生成涡环的缺点，利用涡环生成器自身的内部结构，从而在一定范围内形成涡环。环。环。


技术研发人员：周茂林 韩东 纪妍妍 诸磊 俞思涌
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：2022.06.29
技术公布日：2022/8/22