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1、10申请公布号CN104315740A43申请公布日20150128CN104315740A21申请号201410484604822申请日20140922F25B9/0020060171申请人大连理工大学地址116024辽宁省大连市甘井子区凌工路2号72发明人邹久朋代玉强刘学武胡大鹏朱彻刘培启张礼鸣74专利代理机构大连理工大学专利中心21200代理人梅洪玉54发明名称外激励多级振荡射流气波制冷机57摘要本发明公开了一种外激励多级振荡射流气波制冷机，采用将主射流流道多次一分为二的结构，并以多股由外部调制切换时序的微激励流，激励主射流陆续地产生多次的附壁切换振荡，将主射流依次分配到多根接受管中实现。
2、制冷。该机克服了原有单管型和多管型静止式气波制冷机的机理缺陷，能大幅度提高制冷效率。同时也消除了自激励振荡所固有的射流能量损失大、起振困难和振荡频率不易调节等弊端，具有能量损失小，易起振，振荡频率能调与负载匹配等优点。该机可用于零散压力能利用、高压力和恶劣的场合，具有压力能转换效率高、免维护、运行可靠等效果。51INTCL权利要求书2页说明书5页附图1页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书5页附图1页10申请公布号CN104315740ACN104315740A1/2页21一种外激励多级振荡射流气波制冷机，包括机体9、上盖板1、底板10、压力气入口管8、制冷气出。
3、口管12、偶数根接受管13、各接受管末端的消波腔14和多对激励流入口管；在机体9的上表面，对称于中轴线，依次排列加工出深度的最大值为机体全厚度并与压力气入口管8连通的下列通道压力气入口缓冲腔25、喷嘴流道24、主射流流道23、对称排布的一级振荡左分支流道20和一级振荡右分支流道28；其特征在于在主射流流道23两侧对称开设一级左侧激励口22和一级右侧激励口26，导入外界切换调制的两股一级微量激励流，使主射流产生第一次即一级附壁振荡；在一级振荡左分支流道20、和一级振荡右分支流道28各自的左、右两侧壁，同样成对和对称地开设二级激励口即在一级振荡左分支流道20的左侧壁，开设左分支二级左侧激励口18、。
4、右侧壁开设左分支二级右侧激励口17，二者分别通过左分支二级左侧激励流入口管4、左分支二级左侧激励流导入流道19，和左分支二级右侧激励流入口管2、左分支二级右侧激励流导入流道16，导入外界切换调制的、切换频率为一级2倍的两股微量激励流，实现一级振荡后流入左分支流道20内的脉冲射流，在流动期间的第二次即二级附壁切换振荡，轮流进到左侧所对应的二级分支流道中；同样地，在一级振荡右分支流道28的左侧壁，开设右分支二级左侧激励口31、右侧壁开设右分支二级右侧激励口30，二者分别通过右分支二级左侧激励流入口管3、右分支二级左侧激励流导入流道32，和右分支二级右侧激励流入口管5、右分支二级右侧激励流导入流道2。
5、9，同样导入外界切换调制的、切换频率为一级2倍的两股微量激励流，实现一级振荡后流入右分支流道28内的脉冲射流，在流动期间的二级附壁切换振荡，轮流进到右侧所对应的二级分支流道中；上述结构依次类推，可成三级、四级以致更多的N级数，最后一级具有2N条分叉流道，即接受管机体段15，每条末端均连接接受管13，在2N根接受管13的末端，均接有消波腔14；在每一条接受管机体段15的始端附近，向前倾斜向下挖透机体9，形成制冷气斜面导出口33，各导出口均与底板10上加工出的制冷气收集腔11相通，该收集腔连通制冷气出口管12。2如权利要求1所述的外激励多级振荡射流气波制冷机，其特征在于上盖板1上固装的一级左侧激励。
6、流入口管6和一级右侧激励流入口管7，二者的圆心分别对位于机体9上加工出的一级左侧激励流导入流道21和一级右侧激励流导入流道27的始端圆圆心，以能顺畅地导入激励流；同样地，上盖板1上固装的左分支二级右侧激励流入口管2、和右分支二级左侧激励流入口管3，二者的圆心分别对位于左分支二级右侧激励流导入流道16、和右分支二级左侧激励流导入流道32的始端圆圆心；而固装的左分支二级左侧激励流入口管4、和右分支二级右侧激励流入口管5，二者的圆心分别对位于左分支二级左侧激励流导入流道19、和右分支二级右侧激励流导入流道29的始端圆圆心。3如权利要求1或2所述的外激励多级振荡射流气波制冷机，其特征在于上盖板1、机体。
7、9、底板10叠摞在一起，用螺栓固定连接或直接焊牢，上盖板1与机体9的接触面平实以利于密封。4如权利要求3所述的外激励多级振荡射流气波制冷机，其特征在于在机体9上加工出的喷嘴流道24为等截面直流道或宽度渐缩的锥流道，其出口宽度和高度根据射流流量而定，宽度范围为1100毫米，高度即深度范围为1200毫米。权利要求书CN104315740A2/2页35如权利要求4所述的外激励多级振荡射流气波制冷机，其特征在于主射流流道23的宽度，为喷嘴流道24出口宽度的1054倍，主射流流道23的长度，为喷嘴流道24出口宽度的125倍。6如权利要求1或2或4或5所述的外激励多级振荡射流气波制冷机，其特征在于在各流道。
8、两侧壁开设的各个激励口即左分支二级右侧激励口17，左分支二级左侧激励口18，一级左侧激励口22，一级右侧激励口26，右分支二级右侧激励口30，右分支二级左侧激励口31，其各口的高度等于或小于其所在流道的高度，各口的宽度为喷嘴流道24出口宽度的00306倍。7如权利要求6所述的外激励多级振荡射流气波制冷机，其特征在于在机体9上加工出的各条分支流道20、28和15，为等截面直流道，或宽度、高度渐缩的锥流道，其流道宽度为喷嘴流道24出口宽度的16倍，流道20、28的初始高度与主射流流道23相等，为喷嘴流道24出口高度的092倍。8如权利要求1或2或4或5或7所述的外激励多级振荡射流气波制冷机，其特征。
9、在于机体9上加工出的接受管机体段15的末端为近似的矩形，其2N根振荡射流接受管13的始端截面形状，为近似矩形或圆形，接受管13的后部截面，过渡到椭圆、圆形或矩形，接受管13末端连通的消波器14为圆或方的直筒型结构。9如权利要求8所述的外激励多级振荡射流气波制冷机，其特征在于压力气体入口管8固装于上盖板1上加工出的通孔圆内壁，与机体9上所加工的压力气入口缓冲腔25连通；制冷气出口管12固装于底板10上所开的通孔圆内壁，与底板10上加工出的制冷气收集腔11连通。权利要求书CN104315740A1/5页4外激励多级振荡射流气波制冷机技术领域0001本发明外激励多级振荡射流气波制冷机，属于流体射流振。
10、荡和膨胀制冷技术领域。背景技术0002随着社会生产力提高、和社会的可持续发展，对于简单、高效、免维护的流体设备的需求也越来越高，因而出现了许多新型流体机械与设备。其中，静止式气波制冷机直接使带压气体膨胀制冷，具有结构简单、无磨损、免维护、耐高压等特点，在利用余压压力能等方面，能产生很大的经济效益和社会效益。如中国专利ZL200410021388X和ZL2006100459319等，已应用于利用油田气自身压力能膨胀制冷等场合。0003然而，目前的静止式气波制冷机还有许多不足，由于都是采用射流自身分流激励、产生摆动的附壁振荡，来分配射流进入呈扇面排布的各个接受管中实现制冷，如此会导致如下三个固有缺。
11、陷一是自激励的强度小，不易产生振荡。二是射流的振荡频率很难在线调节，与动力载荷难以调节匹配，使制冷效率显著降低。第三是射流的能量损失大，这是由于必须在主射流流道的侧壁面，开设足够大面积的激励口，除分流损失，还会产生强烈的紊流旋涡，导致工作射流动能的大量消耗。0004考察目前静止式气波制冷机，分为双管式和多管式两种类型。双管式的两管流量负荷均衡，但其射流进气时段占总时段的1/2，将使接受管内已制冷的气体缺乏时间顺利排气，导致管内压力升高，使有效的制冷膨胀比，较之制冷机入、出口的压力比减小很多，制冷量和效率低下。0005对于多管式，各管轴线须交于顶角点的排布方式，一定会使扇面型排列角增大。若振荡射。
12、流的摆动振幅不够，会摆动不到两侧边缘的管口，其无效不工作；即便达到振幅，射流摆动的速度一定会在中间快、两边慢，使中心管的进气量偏少，两边管的进气量偏多，在充分附壁振荡时更加严重，导致中心管和两边管的制冷效率都会降低。另外，由于射流是以左右摆动振荡掠过各管的管口，射流向左摆、回右再向左摆的过程，对于左边各管，第一、二次接受射流的时隔，会明显短于第二、三次接受射流的时隔，即一短一长，右边各管则相反。这种时隔即射流周期的差异，更会严重恶化气波管内的周期过程，降低制冷效率。发明内容0006本发明提供一种采用将主射流流道多次一分为二的结构，并以多股由外部调制切换时序的微激励流，激励主射流陆续地产生多次的。
13、附壁切换振荡，将主射流依次分配到多根接受管中实现制冷。它能以一分二、二分四的几何增加方式，将主射流切分成等量、等时序间断的多股脉冲射流分支。每一分支射流的脉冲时长占总时长的1/2NN为振荡级数，各分支的流动时长与流量均等，并依各个分支流道确定排列的空间位置和时序顺序循环。每一瞬时，只一条分支流道内有射流的流动，如此将主射流按时段均等循环分配到2N根制冷接受管中。据此，创新发明一种高效稳定的新型静止式气波制冷装置外激励多级振荡说明书CN104315740A2/5页5射流气波制冷机。0007本发明采取的技术解决方案为0008主射流从喷嘴喷出，在其后流道两边的侧壁，对称开设2个激励口，从外部导入经过。
14、调制形成的两股相位相反一股流动时另一股停顿、时长与幅度对称的微量脉冲流，从该2个激励口称为一级激励口轮流喷出，推动主射流产生左右摆动的附壁振荡，使射流轮流等份地注入两条分支流道中。其后，再在每一条分支流道的2个侧壁，同样对称地开设2个激励口两个分支流道共4个，称为二级激励口，也从外部导入调制的两股相位相反、但切换频率F2恰好为前一级激励脉冲流切换频率F1的2倍的激励微射流称为二级激励流，使这一分支中的间断脉冲射流在流动的时段，再次发生附壁振荡，并再一次轮流等份地注入到二级的2条分支流道中，依此类推，可形成三级、四级甚至更多的级数，最后一级的2N条分支流道的后端分别连接2N根制冷接受管，如此实现。
15、了多管的型式。0009对于第N级分支的每一条流道，在一个循环周期T内，该分支内脉冲间断射流流动的时长为T/2N，间断的时长为2N1T/2N。如对于二级，4个分支内脉冲流动的时间分配分别是01T/4、1T/42T/4、2T/43T/4，和3T/4T，而每个分支的间断时长都为3T/4。因此，除了各个分支的流动时长和流量均等之外，间断时长达到了射流流动时长的3倍，故能使接受管中已制冷的射流气，在此射流间断期间充分排出干净，增大了实际膨胀比而提高制冷效率。级数越多，排气的时段越长。0010本发明的有益效果是00111将流道陆续地分支实现多级附壁振荡，可将主射流切分成2N个均等时段的脉冲射流，其分配流量。
16、和时间均衡，各个制冷接受管的负荷相等。从而克服了原多管型静止式制冷机，处于中间位置的管接受射流时间短，两边时间长的不足。同时，又消除了原双管型静止式制冷机排气时间太短仅为总时段的1/2、效率低下的缺陷。00122由于各级均为小夹角一分二通道的附壁振荡，故每一级振荡射流的摆幅均不大，使振荡容易发生，射流一分二切换分配均等，避免了原多管型静止式制冷机，射流摆振不到扇形排列的边缘管导致低效的不足。并且，射流轮流注入最后一级各个分叉流道的顺序固定，末道是直接切换到首道的，故每一根接受管接受射流的间隔周期都恒定相等，消除了原多管型机，非中心管的射流间隔一短一长或一长一短的缺陷。另外，后级的分叉流道和接受。
17、管可以转向成空间排列方式，可比原多管机的扇形排列缩小占地和体积。00133对于各级小夹角一分二通道的附壁振荡，射流向另一侧通道切换的时间，相对于附于这一侧通道壁即通流的时间很短，故能形成爆发式通断的脉冲射流，优于旋转式气波制冷机的分配器靠旋转逐渐靠近和离开圆周上的每一根接受管，导致流量渐增渐减的射流注入方式，可降低射流与接受管内滞留气的掺混，使脉冲压缩更接近于理想高效的气波制冷过程。00144较之自激励振荡，采用外部激励产生附壁振荡，各流道侧壁的开口面积可大为减小，使射流的流动动能损失也大为降低。同时，振荡频率可任意控制，很容易在线调节到与后面制冷单元完全匹配、从而达到最高的制冷效率。附图说明。
18、0015图1为本发明外激励多级振荡射流气波制冷机的结构示意图。说明书CN104315740A3/5页60016图2为本发明外激励多级振荡射流气波制冷机，机体上的射流多级附壁振荡流道和各激励流道图。0017图中00181上盖板；2左分支二级右侧激励流入口管；3右分支二级左侧激励流入口管；00194左分支二级左侧激励流入口管；5右分支二级右侧激励流入口管；00206一级左侧激励流入口管；7一级右侧激励流入口管；8压力气入口管；9机体；002110底板；11制冷气收集腔；12制冷气出口管；13接受管；14消波腔；002215接受管机体段；16左分支二级右侧激励流导入流道；17左分支二级右侧激励口；0。
19、02318左分支二级左侧激励口；19左分支二级左侧激励流导入流道；002420一级振荡左分支流道；21一级左侧激励流导入流道；22一级左侧激励口；002523主射流流道；24喷嘴流道；25压力气入口缓冲腔；26一级右侧激励口；002627一级右侧激励流导入流道；28一级振荡右分支流道；002729右分支二级右侧激励流导入流道；30右分支二级右侧激励口；002831右分支二级左侧激励口；32右分支二级左侧激励流导入流道；002933制冷气斜面导出口。具体实施方式0030下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。0031本发明外激励多级振荡射流气波制冷机的一种典型的实施方式描述如下，但不只。
20、局限于此种实施方式0032本发明外激励多级振荡射流气波制冷机，包括机体9、上盖板1、底板10、压力气入口管8、制冷气出口管12，偶数根接受管13，各接受管末端的消波腔14，和多对激励流入口管2、3、4、5、6、7等机件。0033在机体9的上表面，对称于中轴线，依次排列加工出一定深度的、最大值为机体全厚度的、与压力气入口管8连通的压力气入口缓冲腔25，喷嘴流道24、主射流流道23，和对称排布的一级振荡左分支流道20、一级振荡右分支流道28。本发明制冷机的特征在于在主射流流道23两侧对称开设一级左侧激励口22、和一级右侧激励口26，导入外界切换调制的两股一级微量激励流，使主射流产生第一次即一级附壁。
21、振荡。其后，在一级振荡左分支流道20、和一级振荡右分支流道28各自的左、右两侧壁，同样成对和对称地开设二级激励口即在一级振荡左分支流道20的左侧壁，开设左分支二级左侧激励口18、右侧壁开设左分支二级右侧激励口17，二者分别通过左分支二级左侧激励流入口管4、左分支二级左侧激励流导入流道19，和左分支二级右侧激励流入口管2、左分支二级右侧激励流导入流道16，导入外界切换调制的、切换频率为一级2倍的两股微量激励流，实现一级振荡后流入一级振荡左分支流道20内的脉冲射流，在流动期间的第二次即二级附壁切换振荡，轮流进到左侧所对应的二级分支流道中。0034同样地，在一级振荡右分支流道28的左侧壁，开设右分支。
22、二级左侧激励口31、右侧壁开设右分支二级右侧激励口30，二者分别通过右分支二级左侧激励流入口管3、右分支二级左侧激励流导入流道32，和右分支二级右侧激励流入口管5、右分支二级右侧激励说明书CN104315740A4/5页7流导入流道29，同样导入外界切换调制的切换频率为一级2倍的两股微量激励流，实现一级振荡后流入一级振荡右分支流道28内的脉冲射流，在流动期间的二级附壁切换振荡，轮流进到右侧所对应的二级分支流道中。0035上述结构依次类推，可制成三级、四级以致更多的N级数。最后一级具有2N条分叉流道，即接受管机体段15，每条末端均连接接受管13，在2N根接受管13的末端，均接有消波腔14。在每一。
23、条接受管机体段15的始端附近，向前倾斜向下挖透机体9，形成制冷气斜面导出口33，各导出口均与底板10上加工出的制冷气收集腔11相通，该收集腔连通制冷气出口管12。0036本发明外激励多级振荡射流气波制冷机，其上盖板1上固装的一级左侧激励流入口管6、和一级右侧激励流入口管7，二者的圆心分别对位于机体9上加工出的一级左侧激励流导入流道21、和一级右侧激励流导入流道27的始端圆圆心，以能顺畅地导入激励流。同样地，上盖板1上固装的的左分支二级右侧激励流入口管2、和右分支二级左侧激励流入口管3，二者的圆心分别对位于左分支二级右侧激励流导入流道16、和右分支二级左侧激励流导入流道32的始端圆圆心；而固装的。
24、左分支二级左侧激励流入口管4、和右分支二级右侧激励流入口管5，二者的圆心分别对位于左分支二级左侧激励流导入流道19、和右分支二级右侧激励流导入流道29的始端圆圆心。0037本发明外激励多级振荡射流气波制冷机，其上盖板1、机体9、底板10叠摞在一起，用螺栓固定连接或直接焊牢，上盖板1与机体9的接触面平实以利于密封，防止各流道之间的相互泄漏。0038本发明外激励多级振荡射流气波制冷机，在机体9上加工出的喷嘴流道24，为等截面直流道、或宽度渐缩的锥流道，其出口宽度和高度根据射流流量而定，宽度范围为1100毫米，高度即深度范围为1200毫米。0039本发明外激励多级振荡射流气波制冷机，其主射流流道23。
25、的宽度，为喷嘴流道24出口宽度的1054倍，主射流流道23的长度，为喷嘴流道24出口宽度的125倍。0040本发明外激励多级振荡射流气波制冷机，其在各流道两侧壁开设的各个激励口即左分支二级右侧激励口17，左分支二级左侧激励口18，一级左侧激励口22，一级右侧激励口26，右分支二级右侧激励口30，右分支二级左侧激励口31，其各口的高度等于或小于其所在流道的高度，各口的宽度为喷嘴流道24出口宽度的00306倍。0041本发明外激励多级振荡射流气波制冷机，在机体9上加工出的各条分支流道20、28和15，为等截面直流道，或宽度、高度渐缩的锥流道，其流道宽度为喷嘴流道24出口宽度的16倍，流道20、28。
26、的初始高度与主射流流道23相等，为喷嘴流道24出口高度的092倍。0042本发明外激励多级振荡射流气波制冷机，机体9上加工出的接受管机体段15的末端为近似的矩形，其2N根振荡射流接受管13的始端截面形状，为近似矩形或圆形，接受管13的后部截面，过渡到椭圆、圆形或仍是近似矩形，接受管13末端连通的消波器14，为圆或方的直筒型结构。0043本发明外激励多级振荡射流气波制冷机，其压力气体入口管8固装于上盖板1上加工出的通孔圆内壁，与机体9上所加工的压力气入口缓冲腔25连通；制冷气出口管12固装于底板10上所开的通孔圆内壁，与底板10上加工出的制冷气收集腔11连通。说明书CN104315740A5/5。
27、页80044本发明外激励多级振荡射流气波制冷机，其工作机理叙述如下0045带压气体从压力气入口管8进到压力气入口缓冲腔25，再经喷嘴流道24加速成高速射流。在一级激励振荡的上半周期，从主射流流道23左侧壁面的一级左侧激励口22，流入一级激励流体，使主射流向右侧偏转附壁，射流流向一级振荡右分支流道28。并且，在一级激励振荡上半周期的前1/2周期，从一级振荡右分支流道28左侧壁面的右分支二级左侧激励口31，流入二级激励流体，使射流又向右偏转附壁，流入右边的分叉流道进入右接受管。而在一级激励振荡上半周期的后1/2周期，又从从一级振荡右分支流道28右侧壁面的右分支二级右侧激励口30，切换流入二级激励流。
28、体，使射流又向左偏转附壁，流入左边的分叉流道进入向左一条接受管。0046接下在一级激励振荡的下半周期，从主射流流道23右侧壁面的一级右侧激励口26，又切换流入一级激励流体，使主射流向左侧偏转附壁，射流流向一级振荡左分支流道20。并且，在一级激励振荡下半周期的前1/2周期，从一级振荡左分支流道20左侧壁面的左分支二级左侧激励口18，流入二级激励流体，使射流又向右偏转附壁，流入右边的分叉流道即上一次进入的分叉流道左边的一条，再进入对应的接受管中。而在一级激励振荡下半周期的后1/2周期，又从从一级振荡左分支流道20右侧壁面的左分支二级右侧激励口17，切换流入二级激励流体，使射流又向左偏转附壁，流入左。
29、边的分叉流道进入向左一条接受管。0047在末级射流进入最左的分叉流道之后，主射流又循环到一级振荡的上半周期，又重复上述过程，遂使末级振荡射流从其最左末条分叉流道，直接切换到最右首条分叉中，使各流道接受射流的时隔相等。0048在射流转向接受管机体段15的另一条分叉流道后，没有射流进入的其他分叉流道以及对应的接受管13中，就相继地完成射流膨胀做功制冷、管中滞留气被气波压缩生热后通过管壁散热、和做功制冷后的射流气通过制冷气斜面导出口33徐徐排出等一系列动态过程。0049如上所述，压力气射流通过多级振荡，按排列依次切换进入各根接受管13中，在每一根管中完成一次动态循环制冷。虽然每根管的进气和排气是间断。
30、的，但多根管的依次进行，使制冷过程连续不断。0050各级外激励微脉冲流的调制，可由机械驱动、或电磁驱动的切换阀、平动或转动的分流机构，或超磁致伸缩材料等器件完成。其各级频率的倍数关系及相位差，也可由简单的机械、电子倍频装置实现。由于外激励流体的流量很小主射流的10以内，因此调制过程并不复杂，成本也较低。0051本发明外激励多级振荡射流气波制冷机的运行参数如下0052一级外激励频率即主射流的附壁振荡频率1500HZ；0053二级外激励频率F2一级外激励频率F12；0054；0055N级外激励频率FN一级外激励频率F12N；0056压力气体入口压力范围00540MPA。说明书CN104315740A1/1页9图1图2说明书附图CN104315740A。