可調(diào)節(jié)柱塞式脈動流發(fā)生器

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可調(diào)節(jié)柱塞式脈動流發(fā)生器\n技術(shù)領(lǐng)域\n[0001] 本發(fā)明涉及一種可調(diào)節(jié)柱塞式脈動流發(fā)生器，該發(fā)生器用于在管路中精確產(chǎn)生周期性正弦方波的脈動流。\n背景技術(shù)\n[0002] 我國工程熱物理學(xué)科中傳熱傳質(zhì)學(xué)發(fā)展方向的核心著眼點為密切結(jié)合當(dāng)今世界社會經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的三大主導(dǎo)科技----生物、信息和納米科技。目前，脈動傳熱研究均集中在這三個方面。通過脈動傳熱技術(shù)可以實現(xiàn)高效的散熱和傳熱功能，解決重要領(lǐng)域的熱障瓶頸以及大大降低能源的消耗。脈動傳熱的研究從宏觀研究逐步進(jìn)入微納尺度的脈動傳熱，如微液滴和微換熱器等。這些都預(yù)示著脈動傳熱具有廣泛的應(yīng)用背景和巨大的開發(fā)潛力，而且具有重要的學(xué)術(shù)研究價值，開展相關(guān)的研究非常必要。本課題組目前正在進(jìn)行國家自然科學(xué)基金資助項目“列管式換熱器流體誘導(dǎo)振動強化傳熱機理研究”（NO.50976080）的研究，該課題的研究也涉及到脈動流，于是尋求獲得脈動流成為一個需要解決的問題。國內(nèi)專利號為“CN200910060614.8”的脈動流發(fā)生器，可以初步實現(xiàn)周期性變化的流體流速脈動，但該脈動流發(fā)生器只能實現(xiàn)脈動頻率的調(diào)節(jié)，不能實現(xiàn)脈動振幅的調(diào)節(jié)，且該脈動流發(fā)生器產(chǎn)生的流體的周期性脈動不夠精確?；诖?，應(yīng)尋求解決脈動流平均流速、脈動頻率和脈動振幅等三個量的精確調(diào)節(jié)。\n發(fā)明內(nèi)容\n[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)而提出的一種柱塞式脈動流發(fā)生器。該裝置通過各支路、調(diào)頻電機及活塞連桿機構(gòu)的共同作用，實現(xiàn)對脈動平均流速、脈動頻率和脈動振幅三個參量的精確調(diào)節(jié)，可以產(chǎn)生要求頻率、振幅的脈動流。\n[0004] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：柱塞式脈動流發(fā)生器，其特征在于包括有水箱、輸出支路Ⅰ、輸出支路Ⅱ、輸出支路Ⅲ和主路Ⅳ，\n[0005] 所述的輸出支路Ⅰ包括有調(diào)頻管道泵和截止閥，調(diào)頻管道泵的一端與水箱連接，另一端與截止閥相連，輸出壓力恒定的流體，截止閥用于調(diào)節(jié)輸出支路Ⅰ輸出流量大?。籠n[0006] 所述的輸出支路Ⅱ包括球閥和第一止回閥，所述的球閥一端與水箱相連，另一端與第一止回閥相連，防止輸出支路Ⅲ的流體回流到輸出支路Ⅱ，第一止回閥通過三通A連入輸出支路Ⅲ；\n[0007] 所述的輸出支路Ⅲ包括調(diào)頻電機、活塞連桿機構(gòu)和第二止回閥，調(diào)頻電機帶動活塞連桿機構(gòu)運動，活塞連桿機構(gòu)安放在輸出支路Ⅲ的入口，第二止回閥安放于輸出支路Ⅲ的出口靠近輸出支路Ⅰ，輸出支路Ⅰ和輸出支路Ⅲ又通過三通B的兩接口連入主路Ⅳ，輸出脈動流，輸出支路Ⅰ通過調(diào)頻管道泵輸出穩(wěn)定流體，輸出支路Ⅲ上的調(diào)頻電機帶動活塞連桿機構(gòu)運動，當(dāng)活塞向后運動時，水箱的水通過輸出支路Ⅱ進(jìn)入輸出支路Ⅲ，當(dāng)活塞向前運動時，壓迫輸出支路Ⅲ中的流體進(jìn)入主路Ⅳ，如此形成主路Ⅳ中的流體流速呈現(xiàn)正弦方波狀的波動。\n[0008] 按上述方案，所述主路Ⅳ中布置一電磁流量計，通過采集電磁流量計的流量，便于調(diào)節(jié)輸出支路Ⅰ和輸出支路Ⅲ的流量。\n[0009] 按上述方案，所述輸出支路Ⅰ、輸出支路Ⅱ、輸出支路Ⅲ和主路Ⅳ的管路的管口截面積相等。因此，主路Ⅳ中的流速為輸出支路Ⅰ和輸出支路Ⅲ的流速之和。\n[0010] 本發(fā)明主要優(yōu)點在于：1)通過輸出支路Ⅰ調(diào)節(jié)穩(wěn)態(tài)流量，輸出支路Ⅲ得到脈動流量，以及調(diào)節(jié)調(diào)頻電機的轉(zhuǎn)速及改變凸輪偏心距離可以準(zhǔn)確實現(xiàn)對主路Ⅳ中脈動流的平均流速、脈動頻率和脈動振幅的調(diào)節(jié)，得到有研究價值的脈動流；2)利用調(diào)頻電機及活塞連桿機構(gòu)來控制輸出支路Ⅲ輸出的流量，活塞在往復(fù)運動過程中，利用低壓吸入流體，然后由活塞推動流入主路Ⅳ，節(jié)省能耗，簡單方便；3)本裝置結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，可以滿足不同的脈動流要求。\n附圖說明\n[0011] 圖1為本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)原理圖。\n[0012] 圖中 1、水箱，2、流體工質(zhì)，3、調(diào)頻管道泵，4、截止閥，5、球閥，6、主路Ⅳ，7、第一止回閥，8、三通A，9、調(diào)頻電機，10、調(diào)頻器，11、減速器，12、凸輪，13、連桿，14、活塞，15、輸出支路Ⅲ，16、第二止回閥，17、三通B，18、電磁流量計，19、輸出支路Ⅰ，20、輸出支路Ⅱ。\n具體實施方式\n[0013] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。\n[0014] 如圖1所示，柱塞式脈動流發(fā)生器，其特征在于包括有水箱1、輸出支路Ⅰ19、輸出支路Ⅱ20、輸出支路Ⅲ15和主路Ⅳ6，流體的流動方向如圖中箭頭所示，\n[0015] 所述的輸出支路Ⅰ19包括有調(diào)頻管道泵3和截止閥4，調(diào)頻管道泵3的一端與水箱1連接，抽吸水箱1中的流體工質(zhì)2進(jìn)入輸出支路Ⅰ19，另一端與截止閥相連，輸出壓力恒定的流體，截止閥用于調(diào)節(jié)輸出支路Ⅰ輸出流量大??；\n[0016] 所述的輸出支路Ⅱ20包括球閥5和第一止回閥7，所述的球閥一端與水箱相連，用于輸出支路Ⅱ20的開關(guān)，另一端與第一止回閥相連，防止輸出支路Ⅲ的流體回流到輸出支路Ⅱ，第一止回閥7通過三通A8連入輸出支路Ⅲ15；\n[0017] 所述的輸出支路Ⅲ包括調(diào)頻電機9、活塞連桿機構(gòu)和第二止回閥16，調(diào)頻電機9帶動活塞連桿機構(gòu)運動，活塞連桿機構(gòu)安放在輸出支路Ⅲ的入口，活塞連桿機構(gòu)包括有活塞\n14、連桿13和凸輪12、調(diào)頻電機上連接有調(diào)頻器10和減速器11，調(diào)頻電機與活塞連桿機構(gòu)相連，依靠調(diào)頻電機9的驅(qū)動使活塞14在進(jìn)口通道內(nèi)做往復(fù)運動，第二止回閥16安放于輸出支路Ⅲ的出口靠近輸出支路Ⅰ，該止回閥讓流體只能從輸出支路Ⅲ15流出，不能讓流體流入，輸出支路Ⅰ19和輸出支路Ⅲ15又通過三通B17的兩接口連入主路Ⅳ6，輸出脈動流，輸出支路Ⅰ19通過調(diào)頻管道泵3輸出穩(wěn)定流體，輸出支路Ⅲ15上的調(diào)頻電機9帶動活塞連桿機構(gòu)運動，當(dāng)活塞向后運動時，水箱的水通過輸出支路Ⅱ20進(jìn)入輸出支路Ⅲ15，當(dāng)活塞向前運動時，壓迫輸出支路Ⅲ15中的流體進(jìn)入主路Ⅳ6，如此形成主路Ⅳ中的流體流速呈現(xiàn)正弦方波狀的波動，所述主路Ⅳ中布置一電磁流量計18，通過采集電磁流量計的流量，便于調(diào)節(jié)輸出支路Ⅰ和輸出支路Ⅲ的流量。\n[0018] 本發(fā)明所述輸出支路Ⅰ、輸出支路Ⅱ、輸出支路Ⅲ和主路Ⅳ的管路的管口截面積相等。因此，主路Ⅳ中的流速為輸出支路Ⅰ和輸出支路Ⅲ的流速之和。\n[0019] 根據(jù)流體力學(xué)中的質(zhì)量與能量守恒定理，本發(fā)明主路Ⅳ6的脈動流速為輸出支路Ⅰ19和輸出支路Ⅱ20的流速之和；根據(jù)所述方案，輸出支路Ⅰ19由調(diào)頻管道泵3輸出恒定流量的流體，輸出支路Ⅲ15中的活塞14在做往復(fù)運動時，不斷通過輸出支路Ⅱ20從水箱1中抽出流體工質(zhì)2，然后壓縮流體，使得輸出支路Ⅲ15周期性的輸出流體。當(dāng)活塞14向輸出支路Ⅲ15管口運動時，輸出支路Ⅲ15內(nèi)形成低壓，在壓差的作用下，水箱1的流體工質(zhì)2流入輸出支路Ⅲ15管道內(nèi)，當(dāng)活塞14向另一方向運動時，將輸出支路Ⅲ15內(nèi)的流體推送進(jìn)入主路Ⅳ6；輸出支路Ⅱ20中的止回閥7讓流體只能出，不能進(jìn)，而輸出支路Ⅲ中的止回閥16讓流體只能輸出到主路Ⅳ6，不讓流體進(jìn)入輸出支路Ⅲ15，這樣在活塞14往復(fù)運動過程中，輸出支路Ⅲ15周期性的輸出流體，并且這部分流體為脈動流體。調(diào)頻電機\n9的轉(zhuǎn)速為流體脈動的頻率，在確定頻率后，通過改變活塞連桿機構(gòu)中的凸輪12偏心距離，來改變活塞14往復(fù)運動速度，從而調(diào)節(jié)脈動流的振幅。\n[0020] 本發(fā)明通過輸出支路Ⅰ19、輸出支路Ⅱ20、輸出支路Ⅲ15以及活塞連桿機構(gòu)的共同作用，準(zhǔn)確得到需要的脈動流平均流速、脈動頻率和脈動振幅，結(jié)構(gòu)簡單實用，調(diào)節(jié)方便。