CN108043602A - 一种自适应湍流喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自适应湍流喷嘴，包括喷嘴本体、扰流件和多个弹性单元，喷嘴本体设置有进气端部和出气端部，喷嘴本体沿进气端部至出气端部方向依次设置有层流腔室和扰流腔室，扰流腔室的横截面积沿进气端部至出气端部方向逐渐减小，扰流件沿平行于喷嘴的中心轴线方向可活动地设置于扰流腔室内，且所述扰流件通过各弹性单元而与喷嘴本体的内壁相连接。采用本发明技术方案的自适应湍流喷嘴，该喷嘴能够满足高精度调节需求，且能实现喷嘴自动调节流体流速，自动适应不同流速下喷嘴产生湍流的效果，能自动的最大限度的提高输出气流的流速，成本低廉，对于流体的调节更加稳定方便。

Description

一种自适应湍流喷嘴

技术领域

本发明涉及流体喷嘴技术领域，具体涉及一种自适应湍流喷嘴。

背景技术

目前比较常见的流体喷嘴有两种，一种仅是采用变截面的结构，具体的，是流体输入端有较宽的横截面，流体从较窄的横截面流出，从而实现流体加速，这种样式结构简单，市场占有率高。但是，面对高端的需求时，例如典型的湍流流速控制，这种单纯的变截面喷头样式不能满足此高层次的需求。另一种是手动调节喷头喷嘴的开度阀门，当需要以更高流速喷射出湍流时，只需要调小开度阀门的开度，使流体流过变小的通道而获得高流速；反之，当需要较散流体且较低流速时，则调大开度阀门的开度，如此加大流体通过的通道，使流体速度变慢。显然的，后者的喷头使用过程中不可避免地需要人工参与，然而现实中，由于大多现场环境对人类的不良影响，大大制约了这种喷头的应用。

综上所述，现有技术中的流体喷嘴调节精度不够高，不能满足高层次的调节需求，此外，也有通过阀门进行调节喷嘴，但调节需要人工参与，调节控制不便，且提高了喷嘴的生产成本。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种自适应湍流喷嘴，该喷嘴能够满足高精度调节需求，且能实现喷嘴自动调节流体流速，成本低廉，对于流体的调节更加稳定方便。

基于此，本发明提出了一种自适应湍流喷嘴，包括喷嘴本体、扰流件和多个弹性单元，所述喷嘴本体设置有进气端部和出气端部，所述喷嘴本体沿所述进气端部至所述出气端部方向依次设置有层流腔室和扰流腔室，所述扰流腔室的横截面积沿所述进气端部至所述出气端部方向逐渐减小，所述扰流件沿平行于所述喷嘴的中心轴线方向可活动地设置于所述扰流腔室内，且所述扰流件通过各所述弹性单元而与所述喷嘴本体的内壁相连接。

作为优选方案，所述弹性单元包括活塞筒、活塞杆和拉伸弹簧，所述活塞筒的一端与所述喷嘴本体的内壁相连接，所述拉伸弹簧的两端分别与所述活塞筒和所述活塞杆相连接，所述活塞杆的一端与所述扰流件相连接。

作为优选方案，所述活塞杆套设于所述活塞筒内。

作为优选方案，所述喷嘴本体的内壁设置有用于连接活塞筒的第一连接部，所述扰流件的外壁设置有用于连接所述活塞杆的第二连接部。

作为优选方案，所述第一连接部为第一凸起，所述第二连接部为第二凸起，所述第一凸起与所述活塞筒通过铰链连接，所述第二凸起与所述活塞杆通过铰链连接。

作为优选方案，所述活塞筒的底部设置有压力平衡通孔。

作为优选方案，所述扰流件为梭形挡块，所述梭形挡块的外壁为呈流线形且所述梭形挡块为中心对称结构。

作为优选方案，所述喷嘴本体为中心对称结构，且所述梭形挡块的中心轴线与所述喷嘴本体的中心轴线相重合。

作为优选方案，所述弹性单元的数量至少为三个，且各所述弹性单元围绕所述喷嘴本体的中心轴线周向均匀排列。

作为优选方案，所述进气端部的内壁设有螺纹，所述进气端部的外壁设置有键槽。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

1、在该喷嘴工作状态下，层流腔室内的层流气体通入至扰流腔室内，扰流件对层流气体进行扰流从而破坏气体的层流状态，同时气体带动扰流件沿平行于喷嘴的中心轴线方向活动，由于扰流腔室的横截面积沿进气端部至出气端部方向逐渐减小，从而使得扰流件与扰流腔室之间形成的供气流通过的过流通道逐渐减小，进而使得气流通过过流通道时流速增快，由上述扰流件的扰流和气流加速的共同作用下，使得喷嘴本体流出的气体为湍流气体；扰流件通过多个弹性单元与喷嘴本体相连接，由此使得扰流件能够沿平行于喷嘴的中心轴线方向往返振动，通过扰流件自动复位实现气流流速的自动调节，成本低廉，调节方便稳定。

2、弹性单元包括活塞筒、活塞杆和拉伸弹簧，活塞筒的一端与喷嘴本体的内壁相连接，拉伸弹簧的两端分别与活塞筒和活塞杆相连接，活塞杆的一端与扰流件相连接。基于上述结构，扰流件能够稳定地沿平行于喷嘴本体的中心轴线方向往返运动，气流通过扰流腔室时将拉伸弹簧拉伸，拉伸弹簧的拉力能够使得扰流件复位，同时整个弹性单元为可拆卸式结构，拆卸维护方便。

3、活塞杆套设于活塞筒内，由此活塞杆能够稳定地位于活塞筒内，而不会发生活塞杆滑出的现象，保证弹性单元稳定运行。

4、第一连接部为第一凸起，第二连接部为第二凸起，第一凸起与活塞筒通过铰链连接，第二凸起与活塞杆通过铰链连接，第一凸起和第二凸起的结构使得整个弹性单元与扰流件之间的连接更加方便，而铰链的连接方式使得第一凸起与活塞筒的连接处能够发生转动，也使得第二凸起与活塞杆的连接处可发生转动，进而使得扰流件可以发生一定的转动，进而保证扰流件稳定运行。

5、活塞筒的底部设置有压力平衡通孔，由此使得空气能够从压力平衡通孔内进入活塞筒内，对活塞筒内的空气进行补充，从而保证活塞杆能够顺利复位，使得弹性单元工作顺畅。

6、扰流件为梭形挡块，梭形挡块的外壁为呈流线形且梭形挡块为中心对称结构，梭形挡块扰流效果更好，且气体冲击梭形挡块后运行顺畅，梭形挡块的外壁为呈流线形能够使得气体冲击时减少压力损失，使得气体经过扰流腔室后能量损失少。

7、进气端部的内壁设有螺纹，由此便于喷嘴本体与外部气泵管道的连接，进气端部的外壁设置有键槽，设置的键槽能够使得进气端部旋转更加方便，增加进气端部外壁的摩擦力。

附图说明

图1为本发明实施例中自适应湍流喷嘴的结构示意图。

图2为图1中A处的局部放大视图。

图3为本发明实施例中弹性单元与扰流件之间的连接结构示意图。

图中：1-喷嘴本体，2-扰流件，3-弹性单元，4-进气端部，5-出气端部，6-层流腔室，7-扰流腔室，8-第一凸起，9-第二凸起，10-压力平衡通孔，11-螺纹，12-键槽；3a-活塞筒，3b-活塞杆，3c-拉伸弹簧。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解的是，本发明中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。

如图1至图3所示：本实施例提供一种自适应湍流喷嘴，包括喷嘴本体1、扰流件2和多个弹性单元3，喷嘴本体1设置有进气端部4和出气端部5，需要指出的是，本实施例中的喷嘴本体1在工作状态下，进气端部4的一端连接有气泵，由此使得气流通入喷嘴本体1内，喷嘴本体1沿进气端部4至出气端部5方向依次设置有层流腔室6和扰流腔室7，扰流腔室7的横截面积沿进气端部4至出气端部5方向逐渐减小，扰流件2沿平行于所述喷嘴的中心轴线方向可活动地设置于所述扰流腔室7内，且扰流件2通过各弹性单元3而与喷嘴本体1的内壁相连接，由此气流在流经扰流腔室7时，气体被扰流件2阻挡实现扰流，同时气流带动扰流件2沿平行于喷嘴的中心轴线方向活动，此时，由于扰流腔室7的横截面积沿进气端部4至出气端部5方向逐渐减小，扰流件2与扰流腔室7之间形成的供气流通过的过流通道逐渐减小，从而使得流体的流速增大；而扰流件2的活动幅度能够根据通入扰流腔室7的气流速度自行调节，当气流流速大时，扰流件2的活动幅度更大，从而使得过流通道的横截面积更小，进而使得气流的流速进一步加快，此外，扰流件2通过多个弹性单元3与喷嘴本体1相连接，从而使得扰流件2能够在调节流速过程中实现自动复位，实现扰流件2的自动调节。需要指出的是，一般的气泵产生的层流气体，在扰流腔室7内的扰流件2的扰流作用下破坏气体的层流状态，同时气体带动扰流件2沿平行于喷嘴的中心轴线方向活动，使得扰流件2与扰流腔室7之间形成的供气流通过的过流通道逐渐减小，进而使得气流通过过流通道时流速增快，而由纳维－斯托克斯公式推出的雷诺数公式可以知道，雷诺数与流体流速成正比，当流速增加到一定临界值时，层流气体将变为湍流气体，由上述扰流件2的扰流和气流加速的共同作用下，使得喷嘴本体1流出的气体为湍流气体，相对于现有技术，上述结构调节简便且不需要人工参与，成本低廉。而湍流是一种高度复杂的三维非稳态、带旋转的不规则流动，湍流气体流场中有许多小漩涡，这种随机产生的小漩涡引起的动量、热量和质量的传递，其传递速率比层流高好几个数量级，从而湍流气体能够更好地应用于香精扩散，液体雾化打散等领域。

基于以上技术方案，在该喷嘴工作状态下，层流腔室6内的层流气体通入至扰流腔室7内，扰流件2对层流气体进行扰流从而破坏气体的层流状态，同时气体带动扰流件2沿平行于喷嘴的中心轴线方向活动，由于扰流腔室7的横截面积沿进气端部4至出气端部5方向逐渐减小，从而使得扰流件2与扰流腔室7之间形成的供气流通过的过流通道逐渐减小，进而使得气流通过过流通道时流速增快，由上述扰流件2的扰流和气流加速的共同作用下，使得喷嘴本体1流出的气体为湍流气体；扰流件2通过多个弹性单元3与喷嘴本体1相连接，由此使得扰流件2能够沿平行于喷嘴的中心轴线方向往返振动，通过扰流件2自动复位实现气流流速的自动调节，成本低廉，调节方便稳定。

在本实施例中，弹性单元3包括活塞筒3a、活塞杆3b和拉伸弹簧3c，活塞筒3a的一端与喷嘴本体1的内壁相连接，拉伸弹簧3c的两端分别与活塞筒3a和活塞杆3b相连接，活塞杆3b的一端与扰流件2相连接。基于上述结构，扰流件2能够稳定地沿平行于喷嘴本体1的中心轴线方向往返运动，气流通过扰流腔室7时将拉伸弹簧3c拉伸，拉伸弹簧3c的拉力能够使得扰流件2复位，同时整个弹性单元3为可拆卸式结构，拆卸维护方便。需要指出的是，弹性单元3并不能仅仅局限于本实施例中的结构，可以通过更换弹性单元3的位置，使得拉伸弹簧3c更换为压缩弹簧也能够满足弹性单元3的工作需求，而弹簧也可以是其他具有弹性的结构，例如弹性棒等。而本实施例中的结构能够使得扰流件2稳定连接，为一个优选的方案。

为了使得活塞杆3b稳定地与活塞筒3a相互配合活动，活塞杆3b套设于活塞筒3a内，由此活塞杆3b能够稳定地位于活塞筒3a内，而不会发生活塞杆3b滑出的现象，保证弹性单元3稳定运行。

此外，喷嘴本体1的内壁设置有用于连接活塞筒3a的第一连接部，扰流件2的外壁设置有用于连接活塞杆3b的第二连接部。进一步地，第一连接部为第一凸起8，第二连接部为第二凸起9，第一凸起8与活塞筒3a通过铰链连接，第二凸起9与活塞杆3b通过铰链连接，第一凸起8和第二凸起9的结构使得整个弹性单元3与扰流件2之间的连接更加方便，而铰链的连接方式使得第一凸起8与活塞筒3a的连接处能够发生转动，也使得第二凸起9与活塞杆3b的连接处可发生转动，进而使得扰流件2可以发生一定的转动，进而保证扰流件2稳定运行。

其中，活塞筒3a的底部设置有压力平衡通孔10，由此使得空气能够从压力平衡通孔10内进入活塞筒3a内，对活塞筒3a内的空气进行补充，从而保证活塞杆3b能够顺利复位，使得弹性单元3工作顺畅。

本实施例中的扰流件2为梭形挡块，梭形挡块的外壁为呈流线形且梭形挡块为中心对称结构，梭形挡块扰流效果更好，且气体冲击梭形挡块后运行顺畅，梭形挡块的外壁为呈流线形能够使得气体冲击时减少压力损失，使得气体经过扰流腔室7后能量损失少，而呈中心对称结构的梭形挡块使其能够更稳定地运行。进一步地，喷嘴本体1为中心对称结构，且梭形挡块的中心轴线与喷嘴本体1的中心轴线相重合，由此使得梭形挡块沿着喷嘴本体1的中心轴线上运动，使得梭形挡块的运行更加稳定，而梭形挡块位于喷嘴本体1的中心轴向上，梭形挡块在气流冲击下的受力更加均匀，进而使得梭形挡块运行更加稳定。需要指出的是，本实施例中的喷嘴本体1内壁曲面圆滑，任意经过喷嘴本体1中心轴线的截面线的切线沿中心轴线方向可导，由此能够减少气流通过喷嘴本体1内壁时造成的能量损失。

优选地，弹性单元3的数量至少为三个，且各弹性单元3围绕喷嘴本体1的中心轴线周向均匀排列，由此使得扰流件2能够稳定地设置于扰流腔室7内，本实施例中的弹性单元3的数量为三个，在满足结构强度下，采用三个弹性单元3能够减少生产成本，需要指出的是，弹性单元3也可以根据实际需求选用其他数量。

此外，进气端部4的内壁设有螺纹11，由此便于喷嘴本体1与外部气泵管道的连接，进气端部4的外壁设置有键槽12，设置的键槽12能够使得进气端部4旋转更加方便，增加进气端部4外壁的摩擦力。

采用本发明实施例的自适应湍流喷嘴，在该喷嘴工作状态下，层流腔室6内的层流气体通入至扰流腔室7内，扰流件2对层流气体进行扰流从而破坏气体的层流状态，同时气体带动扰流件2沿平行于喷嘴的中心轴线方向活动，由于扰流腔室7的横截面积沿进气端部4至出气端部5方向逐渐减小，从而使得扰流件2与扰流腔室7之间形成的供气流通过的过流通道逐渐减小，进而使得气流通过过流通道时流速增快，由上述扰流件2的扰流和气流加速的共同作用下，使得喷嘴本体1流出的气体为湍流气体；扰流件2通过多个弹性单元3与喷嘴本体1相连接，由此使得扰流件2能够沿平行于喷嘴的中心轴线方向往返振动，通过扰流件2自动复位实现气流流速的自动调节，成本低廉，调节方便稳定。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种自适应湍流喷嘴，其特征在于：包括喷嘴本体、扰流件和多个弹性单元，所述喷嘴本体设置有进气端部和出气端部，所述喷嘴本体沿所述进气端部至所述出气端部方向依次设置有层流腔室和扰流腔室，所述扰流腔室的横截面积沿所述进气端部至所述出气端部方向逐渐减小，所述扰流件沿平行于所述喷嘴的中心轴线方向可活动地设置于所述扰流腔室内，且所述扰流件通过各所述弹性单元而与所述喷嘴本体的内壁相连接。

2.根据权利要求1所述的自适应湍流喷嘴，其特征在于：所述弹性单元包括活塞筒、活塞杆和拉伸弹簧，所述活塞筒的一端与所述喷嘴本体的内壁相连接，所述拉伸弹簧的两端分别与所述活塞筒和所述活塞杆相连接，所述活塞杆的一端与所述扰流件相连接。

3.根据权利要求2所述的自适应湍流喷嘴，其特征在于：所述活塞杆套设于所述活塞筒内。

4.根据权利要求2所述的自适应湍流喷嘴，其特征在于：所述喷嘴本体的内壁设置有用于连接活塞筒的第一连接部，所述扰流件的外壁设置有用于连接所述活塞杆的第二连接部。

5.根据权利要求4所述的自适应湍流喷嘴，其特征在于：所述第一连接部为第一凸起，所述第二连接部为第二凸起，所述第一凸起与所述活塞筒通过铰链连接，所述第二凸起与所述活塞杆通过铰链连接。

6.根据权利要求2所述的自适应湍流喷嘴，其特征在于：所述活塞筒的底部设置有压力平衡通孔。

7.根据权利要求1所述的自适应湍流喷嘴，其特征在于：所述扰流件为梭形挡块，所述梭形挡块的外壁为呈流线形且所述梭形挡块为中心对称结构。

8.根据权利要求7所述的自适应湍流喷嘴，其特征在于：所述喷嘴本体为中心对称结构，且所述梭形挡块的中心轴线与所述喷嘴本体的中心轴线相重合。

9.根据权利要求1至8任一项所述的自适应湍流喷嘴，其特征在于：所述弹性单元的数量至少为三个，且各所述弹性单元围绕所述喷嘴本体的中心轴线周向均匀排列。

10.根据权利要求1至8任一项所述的自适应湍流喷嘴，其特征在于：所述进气端部的内壁设有螺纹，所述进气端部的外壁设置有键槽。