一种单反馈通道的流体振荡器

技术领域

本发明属于主动流动控制技术领域，尤其涉及一种单反馈通道的流体振荡器。

背景技术

流体振荡器是一种不需要机械移动部件即可在出口产生连续振荡的射流的器件。它的基本原理是：当一定压力的流体从入口进入到流体振荡器混合腔中时，由于康达效应，主流必然会依附在一侧的壁面上，从而沿着壁面分为两部分，一部分从喉部出去成为外部射流，另一部分沿着反馈通道重新流回主流的根部，促使主流翻转，依附到另一侧的壁面上，这时外部射流便会同时翻转到另一侧产生振荡的效果，同时剩余的主流进入到这一侧的反馈通道中，流回主流根部，再次促使主流翻转。如此周而复始，形成连续的振荡效果。

但是，传统的流体振荡器具有以下缺点：双反馈通道振荡器的振荡频率与反馈管道以及反应腔室的容积成反比，所以振荡频率受此限制不能太高，而在流动控制以及混合增强领域，高频激励能产生更好的效果。

发明内容

为了解决上述技术问题中的至少一个，本发明提供了一种单反馈通道的流体振荡器，以达到无须提高流量就能产生高频振荡的效果。本发明的目的通过以下方案实现：

一种单反馈通道的流体振荡器,包括振荡器本体及入口管道，所述振荡器本体内部包含有振荡腔体；所述入口管道与所述振荡器本体连接并适于向所述振荡腔体输入流体；所述振荡腔体包括有反应腔室、第一通道及喷嘴，所述流体依次经过所述第一通道、反应腔室及喷嘴；所述第一通道的端部设有低压部，沿低压部径向方向设置有位置相对的第一控制端口及第二控制端口，所述第一控制端口及第二控制端口通过控制管道连通，所述反应腔室适于在主流体两侧形成漩涡，所述控制管道中具有气体，从而使得射流贴附一侧时产生的低压波可以传递到另一侧的控制端口。

进一步地，所述反应腔室包括第一反应腔室及第二反应腔室；所述第一反应腔室与第二反应腔室大小不相等，所述流体依次通过第一通道、第二反应腔室、第一反应腔室及喷嘴。

进一步地，在振荡器本体的宽度方向上，所述第一反应腔室与所述第二反应腔室均具有弧形的壁面。

进一步地，所述振荡腔体还包括收缩管，所述收缩管较小的端口与所述第一通道连接，所述收缩管较大的端口与入口管道连接。

进一步地，所述喷嘴为扩张口，所述喷嘴与外部连接的横截面大于与所述第一反应腔室连接的横截面。

进一步地，所述喷嘴与所述反应腔室连接处形成喉部。

进一步地，所述第一控制端口的末端设有第一控制接口，所述第二控制端口的末端设有第二控制接口，所述第一控制接口与所述第二控制接口通过PU管连接。

进一步地，所述第一控制端口与低压部连接的端部截面小于与第一控制接口连接的末端的截面；所述第二控制端口与低压部连接的端部截面小于与第二控制接口连接的末端的截面。

进一步地，还包括与收缩管较大端部连接的第二通道，所述第二通道具有均匀的垂直第二通道轴线的横截面，所述第二通道与入口管道连接。

进一步地，所述振荡器本体设有固定孔。

相比于现有技术本发明的优势在于：本发明提供了一种单反馈通道的流体振荡器,其振荡腔体包括有反应腔室、第一通道及喷嘴，反应腔室适于在主流体两侧形成漩涡，所述控制管道中具有气体，从而使得射流贴附一侧时产生的低压波可以传递到另一侧的控制端口。该设计相比于传统直射流喷嘴的不同之处在于，在收缩段和反应腔室的连接处，设置两个控制端口，从而使得射流贴附一侧时产生的低压波可以传递到另一侧的控制端口，最终产生使射流翻转的推动力。振荡器的振荡频率远高于双反馈通道振荡器。

附图说明

附图示出了本发明的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本发明的原理，其中包括了这些附图以提供对本发明的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1是本发明单反馈通道的流体振荡器整体示意图；

图2是图1流体振荡器正面视图；

图3是图2中A-A方向剖视图；

图4是图1流体振荡器第一相位示意图；

图5是图1流体振荡器第二相位示意图；

图6是双反馈通道振荡器和图1的流体振荡器的频谱分布对比图；

图7是双反馈通道振荡器和图1的流体振荡器的主频比较；

图8是双反馈通道振荡器示意图。

1、振荡器本体；2、振荡腔体；21、喷嘴；22、第一反应腔室；23、第二反应腔室；24、第一控制端口；25、第二控制端口；26、低压部；27、第一通道；28、收缩管；29、第二通道；3、入口管道；4、第一控制接口；5、第二控制接口；6、固定孔；100、主流体；101、第一漩涡；102、第二漩涡；103、第三漩涡；104、第四漩涡；201、第一低压波；202、第二低压波。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。

参见说明书附图1，单反馈通道的流体振荡器包括振荡器本体1、振荡腔体2、入口管道3、第一控制接口4、第二控制接口5及固定孔6。

所述振荡器本体1用于设置所述振荡腔体2，并能够通过设置于其上部的固定孔6与外部的结构固定连接。在振荡器本体1的一端设置入口管道3，以便向所述振荡腔体2导入流体，振荡器本体1的另一端则可设置流体出口。

由于所述振荡器本体1主要起到承载振荡腔作用及固定作用，因此其外形并不影响其功能实施。但是，由于振荡器的目的是将主流在第一相位及第二相位之间偏摆，形成伞形的喷出射流，可根据伞形舒张的方向设至其宽度，并根据伞形射流扁平的特征，设置较小的振荡器本体1高度。从而使得振荡器本体1节省材料、减小占用空间且具有较轻的重量。由此，振荡器本体1呈现为扁平板状。

入口管道3与所述振荡本体连接。由于高压液体的输送管道一般为外形规则的管状，因此入口管道3与高压液体输送管道的端部，采用具有圆环形截面的管道。振荡器偏平板状的结构，导致其内部设置的振荡腔体2也呈现为沿着振荡器本体1的长度方向及宽度方向铺开的、高度较小的空隙(附图2)。入口管道3与所述振荡本体内部振荡腔体2连接，需要将其输入的内腔与振荡腔体2平滑连接，因此入口管道3与振荡本体的连接端厚度逐渐收缩与振荡器本体1厚度一致。

本发明附图1示例展示了其中一种固定孔6与振荡器本体1的位置方案，且固定孔6具有两个，对称分布于振荡器本体1两侧，以使得振荡器本体1被固定时候，受力平行。值得注意的是，该方案仅仅为示例性方案，能够避开振荡器本体1内部振荡腔且使得振荡器本体1被稳定固定的方案都应该在本发明方案公开的范围内。

第一控制接口4及第二控制接口5，分两侧竖立于平板状的振荡器本体1上。第一控制接口4与第二控制接口5的内径大小，根据吸收低压波的大小进行设置，所述内径为6mm-7mm。优选地，内径为6.5mm。

参见附图2，振荡腔体2对应的振荡器本体1表面具有凸起的轮廓，该凸起的轮廓与振荡腔体2相对应，凸起的轮廓能够保证振荡腔体2处同样具有足够的壁厚。

沿着附图2中A-A截面获得附图3的剖视图。所述振荡腔体2包括喷嘴21、反应腔室、第一控制端口24、第二控制端口25、第一通道27、收缩管28及第二通道29。其中，所述反应腔室又分为第一反应腔室22及第二反应腔室23。

具体地，流体需要依次经过所述第一通道27、反应腔室，并从喷嘴21形成伞状喷出射流。本发明在第一通道27出口处设置有低压部26，所述低压部26沿径向方向设置有位置相对的第一控制端口24及第二控制端口25。值得注意的是，当低压部26为圆柱形时候，所述径向方向即指沿着一直径方向，当所述低压部26为扁平状时，所述径向方向指与第一通道27垂直的方向。

所述反应腔室向较于所述第一通道27具有较大的纵向截面(从附图2的方向观察)，并且反应腔室两个侧面均具有非平滑过渡的表面，从而使得高速流体通过反应腔室时，边缘处的流体受到非平滑过渡的表面的凸起的影响形成漩涡。

反应腔室呈现为对称的形状，当流体通过反应腔室时，参见附图4-5，主流体100能够直接通过喷嘴21喷出，在主流体100的两个侧向都能形成所述漩涡。漩涡的产生，能够使得漩涡附近的流体流速加快，从而形成了低压区。左右两侧的漩涡并不相等，因此能够使得主流贴附一侧进行流动。由于主流进行高速流动，未被主流附贴的另一侧流动速度相对较为缓慢，主流在控制端口处形成了低压。所述控制管道中具有气体，从而使得射流贴附一侧时产生的低压波可以传递到另一侧的控制端口。当低压波积累到一定程度后，促使所述主流体再次偏转，附贴于另外一侧壁面，实现对主流体的偏摆。应用本发明的振荡器的振荡频率将远高于双反馈通道振荡器。

值得注意的是，反应腔室中可以只产生两个漩涡，并使得两个漩涡分布于主流体两侧。但是产生两个漩涡的结构设计，能够较好地满足高频振荡的需求。

同时，反应腔室中也可以设置六个漩涡，并使得主流体两侧各分布三个漩涡。但是当产生三个漩涡时，主流体的振荡将呈现出无规律性。因此，优选的技术方案是在主流体两侧各设置两个漩涡，使得即能满足流体振荡器的高频振荡需求，也同时能够满足控制性需求。

参见附图3-5，本发明的反应腔室包括第一反应腔室22及第二反应腔室23；所述第一反应腔室22与第二反应腔室23大小不相等，所述流体依次通过第一通道27、第二反应腔室23、第一反应腔室22及喷嘴21。在振荡器本体1的宽度方向上，所述第一反应腔室22与所述第二反应腔室23均具有弧形的壁面。具体而言，第一反应腔室22的弧形壁面与第二反应腔室23的弧形壁面以不连续的方式连接(连接点不可求导)。从而在主流体100在一侧形成了能够容纳第一漩涡101、第二漩涡102的空腔，在另一侧形成了能够容纳第三漩涡103、第四漩涡104的空腔。

其中第二漩涡102、第四漩涡104与主流体100接触的部分，液体流动方向与主流体100方向相同。

第一漩涡101、第四漩涡104与主流体100接触的部分，液体流动方向与主流体100方向相同。

第一漩涡101及第二漩涡102与第三漩涡103及第四漩涡104的旋转速度难以一致，因此必然导致主流体100产生偏摆。如附图4中，当第三漩涡103及第四漩涡104处于优势时，其使得主流体向第一控制端口的壁面的方向贴近，在该过程中，第一控制口两侧的漩涡因为与主流贴近而发生加速，而另一侧的两个漩涡会由于主流让出部分空间导致两个漩涡的边界产生连接，即两个漩涡部分融合。从而第一控制口两侧的吸力进一步加强，主流体紧贴第一控制端口流动，并通过第一控制端口传递第一低压波。

并如上所述，产生的第一低压波导致第二控制端口处压力降低，且吸引力大于第一控制端口一侧的漩涡，主流体逐渐向第二控制端口的壁面贴近，并导致第二控制端口一侧的漩涡加强，而第一控制端口一侧的漩涡融合并减速。主流体紧贴第二控制端口流动时，高速流动的流体将产生第二低压波。

为了产生足够速度的射流，本发明设置了收缩管28，所述收缩管28较小的端口与所述第一通道27连接，所述收缩管28较大的端口与入口管道3连接。

进一步地，收缩管28较大端部连接的第二通道29，所述第二通道29具有均匀的垂直第二通道29轴线的横截面，所述第二通道29与入口管道3连接。从而能够使得流体在控制端口处瞬间加速，获得较高的速度。

为了进一步扩大射流的范围，所述喷嘴21与所述反应腔室连接处形成喉部，且所述喷嘴21为扩张口，所述喷嘴1与外部连接的横截面大于与所述第一反应腔室连接的横截面。喇叭状喷嘴21出口能够利用射流的附壁效应(康达效应)，进一步增强射流的振荡范围。

参见附图1及附图4，所述第一控制端口24的末端设有第一控制接口4，所述第二控制端口25的末端设有第二控制接口5，所述第一控制接口4与所述第二控制接口5通过PU管连接。且所述第一控制端口24与第一通道27连接的端部截面小于与第一控制接口4连接的末端的截面；所述第二控制端口25与第一通道27连接的端部截面小于与第二控制接口5连接的末端的截面。参见附图6，其为热线实验测量的振荡频率云图结果，其中(a)表示双反馈通道振荡器(图8所示振荡器)的测量结果，(b)表示新型振荡器的测量结果。可以看到对于两者，振荡频率均随着流量的增加而增加。另外，双反馈通道振荡器由于同时捕捉到了基频和多个倍频，使得它的振荡波形更加接近于方波。而新型振荡器由于只捕捉到了一个基频(虽然频带较宽)，所以振荡的波形更加类似于正弦波。振荡波形上的差别使得新型振荡器的射流动量在空间上的分布更加均匀，因而在流动控制和混合增强领域更受人青睐。

参见附图7，其将附图6中(a)和(b)的主频绘制到了一个图中，可以看到，新型振荡器的振荡频率大约是双反馈通道振荡器(图8)的4倍，从而实现了发展高频振荡器的初衷。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本发明，而并非是对本发明的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本发明的范围内。