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一种管路装置

文献发布时间:2024-01-17 01:24:51


一种管路装置

技术领域

本发明涉及一种管路,尤其是一种有助于减少管路在流体输送中发热的管路装置。

背景技术

目前,在管路输送中,由于流体自身黏性、及流体在管体内流速等因素影响,管路内存在温度沉积的问题,即流体与管体内壁会产生摩擦,从而导致管体温度升高。在一些与温度有关的敏感实验中,会出现由于管体温度变化,而导致实验结果不准确的情况出现。

那么,如何通过合理的设计,避免管路输送流体过程中产生较大温度变化,成为了重要的改进点。

此外,目前心脑血管疾病是全球死亡率最高的疾病,因此对血管内部流动特性进行研究具有非常重要的意义。目前的主要研究手段包括体外实验和数值模拟两种。其中体外实验主要通过在体外构造和体内相似的生物力学环境来对血液流动特性进行测量。在临床外科教学的血液充液充压过程中,仍较为普遍的使用注射泵向血管中泵入血浆来模拟血液流动。常规注射泵一般输出恒定流量,血流的脉动特性无法很好地体现,与体内血液流动存在一定差距。目前,模拟人体内生理脉动流的普遍方法是外接脉动水流发生装置,如脉冲阀,脉冲泵等,然而,这类装置结构复杂,成本较高,一般用于科研单位,但不适用于低成本需求的医用教学模拟等场景。

中国专利申请号为202110178101.8,公开日为2022年3月15日,专利名称为“一种血管血压模拟装置”中公开了一种模拟装置,该模拟装置能够在血管中模拟具有脉冲的水流流动,从而更加真实地模拟人体血液,提高吻合口渗漏检验的准确性。该血管血压模拟装置依靠限流模块和脉冲发生装置共同作用形成近似血流的脉动流装置,能够较为真实的模拟人体血液流动,但其还存在以下明显缺陷:1、管内脉动流的产生依赖于外接的脉冲发生装置,成本较高,且整个装置涉及多个模块,结构较为复杂。2、实际运作时,需要对脉动泵持续供电以保证其运转,不够节能环保,且脉动泵叶片的选转会在一定程度上会损伤血细胞。

发明内容

为了克服现有技术的不足,本发明提供了一种结构简单,有助于减少管路在流体输送中发热的管路装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种管路装置,包括两端开口的管体,该管体内设有沿管体长度方向设置、且用于将管体全部或局部分隔为上流体通道和下流体通道的隔离件,该隔离件为柔性薄片;

管体的内侧设有用于分别固定柔性薄片两端部的两支撑座,两支撑座间的距离小于柔性薄片的长度,且柔性薄片在其长度方向上至少有一个朝向上流体通道或下流体通道所在方向凸出的隆起部。

本发明的有益效果是:柔性薄片本身长度要长于支撑座的长度,其预安装在管体内时,柔性薄片至少有一个朝向流体通道或下流体通道所在方向翘起的隆起部(即处于预压紧状态)。当管体一端通入水(或其他液体),水分别从柔性薄片的上方和下方经过,并从管体另一端流出,此时预压紧的柔性薄片在上方和下方的流动载荷作用下会发生周期性跳变现象。此处跳变现象指的是:柔性薄片处隆起部受所在流道的流体压力作用较大,因此会朝向另一侧压力较小的流体通道所在位置隆起,随之而来的是柔性薄片处隆起部反复跳变的过程,该过程中柔性薄片的隆起部的朝向快速变化调整,由一种系统转变为另一种系统,以实现两种平衡态之间反复切换,从而周期性地改变上下流道的过流面积(即堵住部分流道来改变流道内压力)实现制造脉动流的功能。柔性薄片将管体分隔为上流体通道和下流体通道,上下流体通道内起始流量恒定,上下流体通道在管道内的渗漏可忽略不计。因此柔性薄片处的隆起部会不停地来回切换方向,而柔性薄片跳变过程中会产生涡街,使得流体运动加快,温度转移随之也加快;同时,跳变的柔性薄片将吸收并消耗流体输送过程中产生的能量,从而减少管路在流体输送中的发热,扩大了管路的应用环境,尤其是一些对管路温度有要求的特殊场景。

除此之外,本发明中通过柔性薄片不停地来回切换,使得柔性薄片两侧流道内的压力发生周期性波动,从而在柔性薄片下游持续地形成脉动流,因此可以用于自然界中的血液流动、呼吸道流动、肾小管内流动等带脉动特征的流动模拟,也可以用于工程领域的波浪、脉动流和震荡流的制造,具有非常大的潜在应用价值。如果用于模拟脉动流功能,则具有以下优点:1、结构简便,相对于传统的机械式结构,柔性薄片式结构简便,脉动特性可调,实现脉动流的机理简单清晰。2、自驱动,相对于电信号驱动的脉动流生成装置,该柔性薄片式脉动流生成装置具有自驱动效应,柔性薄片通过直接采集流动能量来诱发自激震荡,无需借助外部机构的驱动,节能且可靠。3、具有双向导通性,一般的脉动流生成装置如脉动阀设计为单向导通,而本发明中的柔性薄片结构在管路内流动方向改变后由于跳变特性仍然存在,因此具有双向导通性,安装更加便捷,无需考虑安装方向。4、尺寸可调节,与精密制造的机械结构脉动流生成装置不同,易于更改尺寸,同时由于柔性薄片改变尺寸、材料的成本较低,可普遍适用于模拟不同管径、流速下的管路脉动流模拟。5、成本低,相对于机械式结构,柔性薄片式结构简便,材料成本和维护成本都大幅减低。6、对流动介质的损伤小,由于本装置基于柔性结构,不会像脉冲泵一样对经过的血流等流动介质产生损伤,同时也降低了由泵组运作带来的实验噪声。

进一步设置为:管路装置还包括有滑动夹片,该滑动夹片分别固定于柔性薄片的两端部,所述支撑座上开设有供滑动夹片插设用的滑道,该滑动夹片与滑道间保持相对固定。柔性薄片在长度方向上的两端分别固定有滑动夹片,且柔性薄片与滑道间保持相对固定指的是,工作状态下,两者彼此固定,具体固定方式可以采用过盈配合,通过摩擦力实现彼此固定;或者通过螺栓等紧固件,将柔性薄片固定在滑道上。

进一步设置为:所述管体的宽度为D,柔性薄片的宽度为d,则0.3D≤d≤0.99D。为了保证柔性薄片能在管道内跳变时顺利变形,则柔性薄片的宽度和管体的宽度保持相对稳定,且为了避免跳变过程中的接触,则柔性薄片的宽度不能大于管体的宽度。其中,进一步优选,0.9D≤d≤0.99D。

进一步设置为:所述管体的截面为方形,则柔性薄片所在平面垂直于管体的截面设置,且柔性薄片所在平面与方形的任意一边平行设置。为了更好地实现柔性薄片的跳变,避免接触,则管体采用方形结构,因此在柔性薄片跳变的过程中,不会对管体内壁产生干涉。

进一步设置为:所述管体截面的高度为H,柔性薄片所在平面的高度为h,则0.25H≤h≤0.75H。根据柔性薄片的特性和流体的特性,可以通过调整柔性薄片的高度变化,来改变柔性薄片跳变的条件,进而满足不同环境下的实际需要。

进一步设置为:所述柔性薄片为具有柔性的金属薄片或塑料薄片制成。

进一步设置为:所述塑料薄片为PET、PTFE其中任一种材料。

进一步设置为:所述柔性薄片的弯曲刚度为1e

进一步设置为:所述柔性薄片的密度1200~1500kg/m

进一步设置为:所述柔性薄片的密度1380kg/m

附图说明

图1为本发明实施例一的结构示意图。

图2为本发明实施例一的剖视图。

图3为本发明实施例一的结构示意图,省略了滑动夹片和柔性薄片。

图4为本发明实施例一的滑动夹片和柔性薄片的结构示意图。

图5为本发明实施例三的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述:

如图1~4所示,本实施例包括两端开口的圆形的管体11,该管体11内设有沿管体11长度方向设置、且用于将管体11全部分隔为上流体通道111和下流体通道112的隔离件,该隔离件为柔性薄片31,该柔性薄片31的宽度与管体11的宽度相适配,管体11的内侧设有用于分别固定柔性薄片31两端部的两支撑座12,两支撑座12间的距离小于柔性薄片31的长度,且柔性薄片31在其长度方向上有一个朝向上流体通道111所在方向凸出的隆起部。其中,该脉动流模块1包括滑动夹片21,支撑座12分别固定设置于管体11两端开口处,该滑动夹片21分别固定于柔性薄片31的两端部,各支撑座12将管体11各端部的开口完全分隔为独立的上开口1111和下开口1121,支撑座12上开设有供滑动夹片21插设用的滑道121,该滑动夹片21与滑道121间保持密封配合。其中,滑动夹片21可以根据在滑道121内滑动,通过两滑动夹片21的滑动,则改变两滑动夹片21之间的间距,从而使得两滑动夹片21间的柔性薄片隆31起程度发生变化(即改变柔性薄片31初始形变程度),初始形变程度的变化会改变跳变发生的压力阈值,从而可以通过调节柔性薄片31初始变形来模拟出不同的脉动压力幅值和频率。进一步即可以改变柔性薄片31实现跳变时所需的流体压力,如:同一柔性薄片31处隆起部的高低,改变柔性薄片31发生跳变时所需压力的大小,隆起越高,所需跳变的压力越大;反之则越小。

柔性薄片31通过滑动夹片21可拆卸的固定在支撑座12上,通过左边的支撑座12、柔性薄片31、右边的支撑座12将管体11沿长度方向完全分隔为上流体通道111和下流体通道112,上流体通道111的进口与管体11其中一端口处的上开口相对应,上流体通道111的出口与管体11另一端口处的上开口相对应,下流体通道112的进口与管体11其中一端口处的下开口相对应,下流体通道112的出口与管体11另一端口处的下开口相对应。上流体通道111进口与下流体通道112进口均位于同一侧。当然,滑动夹片21和支撑座12的固定方式还可以采用螺栓等紧固件进行固定。

本实施例中,管体11为圆形,管体11的直径为D,柔性薄片的宽度为d,则d=0.99D。管体11截面的高度为H,柔性薄片31所在平面的高度为h,则h=0.5H。柔性薄片31为具有柔性的塑料薄片制成。其中,柔性薄片31的特性还可以采用如下方案,采用PET材料制成,柔性薄片31的厚度为1mm,且柔性薄片31的弯曲刚度为1e

实施例二:与实施例一的区别主要在于,管体11的截面为方形,则柔性薄片31所在平面垂直于管体的截面设置,且柔性薄片31所在平面与方形的任意一边平行设置。

此外,D为管体上与柔性薄片31的宽度相对应的边,则柔性薄片31的宽度d与管体的宽度D的关系为:d=0.99D(范围可以在0.3D≤d≤0.99D中选择)。管体11截面的高度H与柔性薄片31所在平面的高度h的关系为:h=05H(范围可以在0.25H≤h≤0.75H中选择)。

实施例三:如图5所示,与实施例一的区别主要在于支撑座12固定于管体11的内部,该支撑座12上开设有供滑动夹片21插设用的滑道,该滑动夹片21与滑道间保持密封配合。本实施例中,支撑座12均位于管体11的内部,而非处于管体11端部开口处,具体如图所示。

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06120116194566