可调节柱塞式脉动流发生器

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可调节柱塞式脉动流发生器\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种可调节柱塞式脉动流发生器，该发生器用于在管路中精确产生周期性正弦方波的脉动流。\n背景技术\n[0002] 我国工程热物理学科中传热传质学发展方向的核心着眼点为密切结合当今世界社会经济和科学技术发展的三大主导科技----生物、信息和纳米科技。目前，脉动传热研究均集中在这三个方面。通过脉动传热技术可以实现高效的散热和传热功能，解决重要领域的热障瓶颈以及大大降低能源的消耗。脉动传热的研究从宏观研究逐步进入微纳尺度的脉动传热，如微液滴和微换热器等。这些都预示着脉动传热具有广泛的应用背景和巨大的开发潜力，而且具有重要的学术研究价值，开展相关的研究非常必要。本课题组目前正在进行国家自然科学基金资助项目“列管式换热器流体诱导振动强化传热机理研究”（NO.50976080）的研究，该课题的研究也涉及到脉动流，于是寻求获得脉动流成为一个需要解决的问题。国内专利号为“CN200910060614.8”的脉动流发生器，可以初步实现周期性变化的流体流速脉动，但该脉动流发生器只能实现脉动频率的调节，不能实现脉动振幅的调节，且该脉动流发生器产生的流体的周期性脉动不够精确。基于此，应寻求解决脉动流平均流速、脉动频率和脉动振幅等三个量的精确调节。\n发明内容\n[0003] 本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术而提出的一种柱塞式脉动流发生器。该装置通过各支路、调频电机及活塞连杆机构的共同作用，实现对脉动平均流速、脉动频率和脉动振幅三个参量的精确调节，可以产生要求频率、振幅的脉动流。\n[0004] 本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：柱塞式脉动流发生器，其特征在于包括有水箱、输出支路Ⅰ、输出支路Ⅱ、输出支路Ⅲ和主路Ⅳ，\n[0005] 所述的输出支路Ⅰ包括有调频管道泵和截止阀，调频管道泵的一端与水箱连接，另一端与截止阀相连，输出压力恒定的流体，截止阀用于调节输出支路Ⅰ输出流量大小；\n[0006] 所述的输出支路Ⅱ包括球阀和第一止回阀，所述的球阀一端与水箱相连，另一端与第一止回阀相连，防止输出支路Ⅲ的流体回流到输出支路Ⅱ，第一止回阀通过三通A连入输出支路Ⅲ；\n[0007] 所述的输出支路Ⅲ包括调频电机、活塞连杆机构和第二止回阀，调频电机带动活塞连杆机构运动，活塞连杆机构安放在输出支路Ⅲ的入口，第二止回阀安放于输出支路Ⅲ的出口靠近输出支路Ⅰ，输出支路Ⅰ和输出支路Ⅲ又通过三通B的两接口连入主路Ⅳ，输出脉动流，输出支路Ⅰ通过调频管道泵输出稳定流体，输出支路Ⅲ上的调频电机带动活塞连杆机构运动，当活塞向后运动时，水箱的水通过输出支路Ⅱ进入输出支路Ⅲ，当活塞向前运动时，压迫输出支路Ⅲ中的流体进入主路Ⅳ，如此形成主路Ⅳ中的流体流速呈现正弦方波状的波动。\n[0008] 按上述方案，所述主路Ⅳ中布置一电磁流量计，通过采集电磁流量计的流量，便于调节输出支路Ⅰ和输出支路Ⅲ的流量。\n[0009] 按上述方案，所述输出支路Ⅰ、输出支路Ⅱ、输出支路Ⅲ和主路Ⅳ的管路的管口截面积相等。因此，主路Ⅳ中的流速为输出支路Ⅰ和输出支路Ⅲ的流速之和。\n[0010] 本发明主要优点在于：1)通过输出支路Ⅰ调节稳态流量，输出支路Ⅲ得到脉动流量，以及调节调频电机的转速及改变凸轮偏心距离可以准确实现对主路Ⅳ中脉动流的平均流速、脉动频率和脉动振幅的调节，得到有研究价值的脉动流；2)利用调频电机及活塞连杆机构来控制输出支路Ⅲ输出的流量，活塞在往复运动过程中，利用低压吸入流体，然后由活塞推动流入主路Ⅳ，节省能耗，简单方便；3)本装置结构简单，运行可靠，可以满足不同的脉动流要求。\n附图说明\n[0011] 图1为本发明实施例的结构原理图。\n[0012] 图中 1、水箱，2、流体工质，3、调频管道泵，4、截止阀，5、球阀，6、主路Ⅳ，7、第一止回阀，8、三通A，9、调频电机，10、调频器，11、减速器，12、凸轮，13、连杆，14、活塞，15、输出支路Ⅲ，16、第二止回阀，17、三通B，18、电磁流量计，19、输出支路Ⅰ，20、输出支路Ⅱ。\n具体实施方式\n[0013] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细的说明。\n[0014] 如图1所示，柱塞式脉动流发生器，其特征在于包括有水箱1、输出支路Ⅰ19、输出支路Ⅱ20、输出支路Ⅲ15和主路Ⅳ6，流体的流动方向如图中箭头所示，\n[0015] 所述的输出支路Ⅰ19包括有调频管道泵3和截止阀4，调频管道泵3的一端与水箱1连接，抽吸水箱1中的流体工质2进入输出支路Ⅰ19，另一端与截止阀相连，输出压力恒定的流体，截止阀用于调节输出支路Ⅰ输出流量大小；\n[0016] 所述的输出支路Ⅱ20包括球阀5和第一止回阀7，所述的球阀一端与水箱相连，用于输出支路Ⅱ20的开关，另一端与第一止回阀相连，防止输出支路Ⅲ的流体回流到输出支路Ⅱ，第一止回阀7通过三通A8连入输出支路Ⅲ15；\n[0017] 所述的输出支路Ⅲ包括调频电机9、活塞连杆机构和第二止回阀16，调频电机9带动活塞连杆机构运动，活塞连杆机构安放在输出支路Ⅲ的入口，活塞连杆机构包括有活塞\n14、连杆13和凸轮12、调频电机上连接有调频器10和减速器11，调频电机与活塞连杆机构相连，依靠调频电机9的驱动使活塞14在进口通道内做往复运动，第二止回阀16安放于输出支路Ⅲ的出口靠近输出支路Ⅰ，该止回阀让流体只能从输出支路Ⅲ15流出，不能让流体流入，输出支路Ⅰ19和输出支路Ⅲ15又通过三通B17的两接口连入主路Ⅳ6，输出脉动流，输出支路Ⅰ19通过调频管道泵3输出稳定流体，输出支路Ⅲ15上的调频电机9带动活塞连杆机构运动，当活塞向后运动时，水箱的水通过输出支路Ⅱ20进入输出支路Ⅲ15，当活塞向前运动时，压迫输出支路Ⅲ15中的流体进入主路Ⅳ6，如此形成主路Ⅳ中的流体流速呈现正弦方波状的波动，所述主路Ⅳ中布置一电磁流量计18，通过采集电磁流量计的流量，便于调节输出支路Ⅰ和输出支路Ⅲ的流量。\n[0018] 本发明所述输出支路Ⅰ、输出支路Ⅱ、输出支路Ⅲ和主路Ⅳ的管路的管口截面积相等。因此，主路Ⅳ中的流速为输出支路Ⅰ和输出支路Ⅲ的流速之和。\n[0019] 根据流体力学中的质量与能量守恒定理，本发明主路Ⅳ6的脉动流速为输出支路Ⅰ19和输出支路Ⅱ20的流速之和；根据所述方案，输出支路Ⅰ19由调频管道泵3输出恒定流量的流体，输出支路Ⅲ15中的活塞14在做往复运动时，不断通过输出支路Ⅱ20从水箱1中抽出流体工质2，然后压缩流体，使得输出支路Ⅲ15周期性的输出流体。当活塞14向输出支路Ⅲ15管口运动时，输出支路Ⅲ15内形成低压，在压差的作用下，水箱1的流体工质2流入输出支路Ⅲ15管道内，当活塞14向另一方向运动时，将输出支路Ⅲ15内的流体推送进入主路Ⅳ6；输出支路Ⅱ20中的止回阀7让流体只能出，不能进，而输出支路Ⅲ中的止回阀16让流体只能输出到主路Ⅳ6，不让流体进入输出支路Ⅲ15，这样在活塞14往复运动过程中，输出支路Ⅲ15周期性的输出流体，并且这部分流体为脉动流体。调频电机\n9的转速为流体脉动的频率，在确定频率后，通过改变活塞连杆机构中的凸轮12偏心距离，来改变活塞14往复运动速度，从而调节脉动流的振幅。\n[0020] 本发明通过输出支路Ⅰ19、输出支路Ⅱ20、输出支路Ⅲ15以及活塞连杆机构的共同作用，准确得到需要的脉动流平均流速、脉动频率和脉动振幅，结构简单实用，调节方便。