申请/专利权人：清华大学

申请日：2018-04-27

公开（公告）日：2024-05-10

公开（公告）号：CN108393199B

主分类号：B05B1/00

分类号：B05B1/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.05.10#授权;2018.09.07#实质审查的生效;2018.08.14#公开

摘要：本发明公开了合成射流器，包括腔体、弹性膜、出口活门和进口活门，出口活门和进口活门均可活动地设在腔体上，出口活门打开时形成出口通道，进口活门打开时形成进口通道，弹性膜设在腔体上并构成腔体的内壁，弹性膜振动时腔体随之扩张或收缩；腔体扩张时，腔体的内外压差驱动出口通道收缩或关闭、进口通道扩张或打开；腔体收缩时，腔体的内外压差驱动出口通道扩张或打开、进口通道收缩或关闭；从腔体的内部到外部的方向上，出口通道的至少部分段形成为过流面积逐渐减小的收缩通道。该合成射流器能够减少气流摩擦造成的气流机械能损失，高效地生成气流，多个合成射流器并列工作，能够产生大面积的气流，从而可用于通风、冷却等各种领域。

主权项：1.一种合成射流器，包括腔体、弹性膜、出口活门和进口活门，其特征在于，所述出口活门和所述进口活门均可活动地设在所述腔体上，所述出口活门打开时形成出口通道，所述进口活门打开时形成进口通道，所述弹性膜设在所述腔体上并构成所述腔体的内壁，所述弹性膜振动时所述腔体随之扩张或收缩；所述合成射流器构造成，所述腔体扩张时，所述腔体的内外压差驱动所述出口通道收缩或关闭、所述进口通道扩张或打开；所述腔体收缩时，所述腔体的内外压差驱动所述出口通道扩张或打开、所述进口通道收缩或关闭；其中，从所述腔体的内部到外部的方向上，所述出口通道的至少部分段形成为过流面积逐渐减小的收缩通道；在从所述腔体的内部到外部的方向上，所述出口活门形成为逐渐朝向彼此延伸的弧形对开门；在从所述腔体的外部到内部的方向上，所述进口活门形成为先逐渐朝向彼此延伸、后逐渐远离彼此的曲线形对开门。

全文数据：合成射流器技术领域[0001]本发明属于流体机械领域，具体而言，本发明涉及一种合成射流器。背景技术[0002]合成射流英文名称：syntheticjet是一种由于激励器交替吹吸周围流体而产生的非连续射流。合成射流激励器具有可以产生某种振动机制如活塞、压电膜、电磁膜等）的空腔，空腔通过孔口与外界流体联通。激励器工作时交替吹吸周围流体，使流体形成向远离孔口方向的流动。与传统的连续吹气或吸气流动控制技术相比，合成射流具有结构简单紧凑、重量轻、成本低、维护方便、无需额外气源等诸多优点。[0003]目前常用的合成射流器在形成射流时，由于射流器内以及射流器进出口较大的气流摩擦，造成气流机械能损失大、不能高效地形成气流;并且现有的合成射流器一般只能形成小股射流，无法形成大面积的气流，因而仅可用于冷却小型发热电器元件。[0004]因此，现有的合成射流器有待进一步改进。发明内容[0005]本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种合成射流器，该合成射流器能够减少气流摩擦造成的气流机械能损失，能够较为高效地生成气流，并且当多个合成射流器并列工作时，能够产生大面积的气流，从而可用于通风、冷却等各种领域。[0006]在本发明的一个方面，本发明提出了一种合成射流器。根据本发明的实施例，所述合成射流器包括:腔体、弹性膜、出口活门和进口活门，[0007]所述出口活门和所述进口活门均可活动地设在所述腔体上，所述出口活门打开时形成出口通道，所述进口活门打开时形成进口通道，[0008]所述弹性膜设在所述腔体上并构成所述腔体的内壁，所述弹性膜振动时所述腔体随之扩张或收缩；[0009]所述合成射流器构造成，所述腔体扩张时，所述腔体的内外压差驱动所述出口通道收缩或关闭、所述进口通道扩张或打开;所述腔体收缩时，所述腔体的内外压差驱动所述出口通道扩张或打开、所述进口通道收缩或关闭；其中，[0010]从所述腔体的内部到外部的方向上，所述出口通道的至少部分段形成为过流面积逐渐减小的收缩通道。[0011]根据本发明实施例的合成射流器，工作状态时，布置在腔体上的弹性膜在电磁力驱动下发生振动，腔体受到扩张，腔体内部气压降低，进口活门在内外气压作用下扩张或打开，流体通过进口通道被吸入腔体，而此时出口活门在内外气压的作用下收拢或关闭，减少或切断流体从出口通道进入腔体，然后弹性膜在电磁力驱动下驱使腔体收缩，腔体内部气压增加，进口活门在内外气压作用下收拢或关闭，减少或切断流体从进口通道流出腔体，而此时出口活门在内外气压的作用下打开或扩张，流体经出口通道流出腔体，当出口活门打开或扩张时，可以形成从腔体到外界的收缩通道，这种通道有利于将腔体中的较高压力的流体转化为高速气流然后射出。[0012]另外，根据本发明上述实施例的合成射流器还可以具有如下附加的技术特征：[0013]在本发明的一些实施例中，从所述腔体的外部到内部的方向上，所述进口通道的过流面积先逐渐减小，后逐渐增大。发明人发现，该种形式的进口通道有利于将被吸入的空气先转化为一定速度的气流，并使气流均匀，减少流动不均造成的摩擦损失，通过进口通道的中间喉部后再将气流的动能转化为腔体中的压力并同时减少气流速度，以减少腔体中的气流摩擦所造成的机械能损失，从而能够较为高效地生成气流。[0014]在本发明的一些实施例中，所述腔体在扩张和收缩时的最大体积变化量为V，所述出口通道在最大开度时的最小截面处面积为A，V与A满足关系式:V多xXA，即V大于等于x乘以A，其中，x二10,x的单位为米m，V的单位为立方米m3,A的单位为平方米m2。由此，当弹性膜振动频率为1赫兹时，由腔体体积变化在出口通道最小截面处所形成的气流时均速度不低于10ms，从而可以用于通风或冷却等各种领域。[0015]在本发明的一些实施例中，所述进口活门和所述出口活门相对设置。由此，可以保证气流顺畅的通过腔体。[0016]在本发明的一些实施例中，所述弹性膜成对设置在气流流通方向上的两侧。由此，可以实现腔体的均匀收缩和扩张，从而减小合成射流器工作时气流摩擦造成的气流机械能损失。[0017]在本发明的一些实施例中，至少一个所述弹性膜正对所述出口活门设置。由此，可以显著提高出口通道气流速度。[0018]在本发明的一些实施例中，多个所述合成射流器并列设置时，至少一个所述弹性膜构成相邻两个所述合成射流器的侧壁。由此，能够产生大面积的气流，从而可以用于通风、冷却等各种领域，并且该合成射流器结构紧凑。[0019]在本发明的一些实施例中，共用所述弹性膜的所述合成射流器的所述进口通道朝向一致、所述出口通道朝向也一致。由此，可以保证产生大面积的气流。[0020]在本发明的一些实施例中，在从所述腔体的内部到外部的方向上，所述出口活门形成为逐渐朝向彼此延伸的弧形对开门。由此，可以显著减少气流摩擦造成的气流机械能损失，从而保证高效的生成气流。[0021]在本发明的一些实施例中，在从所述腔体的外部到内部的方向上，所述进口活门形成为先逐渐朝向彼此延伸、后逐渐远离彼此的曲线形对开门。[0022]本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。附图说明[0023]本发明的上述和或附加的方面和优点在结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：[0024]图1是根据本发明一个实施例的合成射流器的结构示意图；[0025]图2是根据本发明再一个实施例的合成射流器的结构示意图；[0026]图3是根据本发明又一个实施例的合成射流器的结构示意图；[0027]图4是根据本发明又一个实施例的合成射流器的结构示意图；[0028]图5是根据本发明又一个实施例的合成射流器的结构示意图；[0029]图6是根据本发明又一个实施例的合成射流器的结构示意图。具体实施方式[0030]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。[0031]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。[0032]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。[0033]在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体;可以是机械连接，也可以是电连接;可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。[0034]在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。[0035]在本发明的一个方面，本发明提出了一种合成射流器。根据本发明的实施例，参考图1-4，该合成射流器包括腔体100、弹性膜200、出口活门300和进口活门400。[0036]根据本发明的一个实施例，参考图1，弹性膜200设在腔体100上并构成腔体100的内壁，并且弹性膜200振动时腔体100随之扩张或收缩。具体的，该弹性膜200可在电磁力驱动下发生振动，从而带动腔体100扩张或收缩。根据本发明的一个具体实施例，参考图1，弹性膜200可以成对布置在腔体1〇〇的两侧，当成对弹性膜背向运动时，腔体受到扩张，腔体内部气压降低;而当成对弹性膜相向运动时，腔体受到压缩，腔体内部气压增加；或如图2所示，至少一个弹性膜200正对出口活门300布置，由于弹性膜200在振动时，会在其垂直方向上形成一定的气流速度，当该弹性膜200对着出口活门300时，可以将该气流速度直接施加在出口气流上，有利于增加出口气流速度。[0037]根据本发明的再一个实施例，参考图1和3，出口活门300和进口活门400设在腔体100上，出口活门300打开时形成出口通道30,进口活门400打开时形成进口通道40,并且进口活门400和出口活门300相对布置，具体的，参考图3，在电磁力驱动下，腔体100在弹性膜200的作用下扩张时，腔体1〇〇内部压力降低，腔体100的内外压差驱动出口通道30收缩或关闭，同时进口通道40扩张或打开，流体在内外压差的作用下经进口通道40进入腔体100内部;参考图1，在电磁力驱动下，腔体1〇〇在弹性膜2〇0的作用下收缩时，腔体100内部压力增力口，腔体1〇〇的内外压差驱动出口通道3〇扩张或打开，同时进口通道40收缩或关闭，此时由于腔体100内压力升高，在从腔体1〇〇内部到外部的方向上，出口活门300形成为逐渐朝向彼此延伸的弧形对开门，其出口通道30的至少部分段形成为过流面积逐渐减小的收缩通道，这种通道有利于将腔体内较高压力的流体转化为高速气流，然后经出口通道射出。[0038]根据本发明的又一个具体实施例，参考图3,当腔体100扩张时，在从腔体100的外部到内部的方向上，进口活门400形成为先逐渐朝向彼此延伸、后逐渐远离彼此的曲线形对开门，同时形成的进口通道40的过流面积为先逐渐减小后逐渐增大形式。发明人发现，该种形式的通道有利于将被吸入的空气先转化为一定速度的气流，并使进入的流体均匀，减少局部流体不均造成的摩擦损失，通过进口通道的中间喉部后再将气流的动能转化压能，增加腔体中的压力并同时减少气流速度，以减少腔体中的气流摩擦所造成的机械能损失，从而能够较为高效地生成气流。[0039]根据本发明的又一个具体实施例，为方便实现进口活门400和出口活门300的开闭，进口活门400和出口活门300可以具有弹性。例如出口活门300和进口活门400具有弹性，可以配合腔体1〇〇内的流体压力变化来实现开闭：在不受力时，出口活门300和进口活门400依靠自身的弹性实现关闭状态的；当弹性膜200使腔体100收缩时，腔体100中的流体压力增大，出口活门300被打开，形成的出口通道为收缩通道，腔体内的流体通过该通道被挤出；而进口活门400由于腔体100内侧的压力大于外部压力而处于关闭状态；当弹性膜200使腔体100扩张时，腔体100中的流体压力减小，出口活门300在外部气压的压迫下保持关闭；而进口活门400在外部气压的压迫下打开。[0040]根据本发明的又一个具体实施例，出口活门300和进口活门400还可以通过活动关节处的转动来实现开闭功能。例如，参考图4和5,出口活门300和进口活门400分别可绕着节点500和600转动；当弹性膜200使腔体100收缩时，腔体100中的流体压力增大，出口活门300绕着节点500转动而打开，形成出口的收缩通道，流体通过该通道被挤出，还可以设置限制位置未示出）来限制出口活门300的最大开度;而进口活门400由于腔体100内侧的压力大于外部压力而处于关闭状态；当弹性膜200使腔体100扩张时，腔体100中的流体压力减小，出口活门300在外部气压的压迫下保持关闭；而进口活门400在外部气压的压迫下绕着节点600转动而打开，还可以设置限制位置未示出）来限制进口活门400的最大开度。[0041]根据本发明的又一个具体实施例，为使弹性膜200能够有效吸入和压出气流，出口活门300和进口活门400能够在弹性膜200切换运动模式时能够及时实现开闭动作，可以通过采用轻质材料来做成出口活门和进口活门，以减少其运动惯性，提高开合的灵活度，同时还可以通过调节活门材料弹性来提高开合的灵活度。[0042]根据本发明的又一个具体实施例，为了使弹性膜200施加给腔体100的压力能够有效的转变为出口活门300处的气流动能，V与A满足关系式:V多xXA，即V大于和等于x乘以A，其中，腔体在扩张和收缩时的最大体积变化量为V，出口通道在最大开度时的最小截面处面积为A，x的单位为米m，V的单位为立方米m3，A的单位为平方米m2。这样当弹性膜振动频率为1赫兹时，由腔体体积变化在出口通道最小截面处形成的气流时均速度不低于lOms，从而可以用于通风或冷却等各种领域。[0043]根据本发明的又一个具体实施例，出口活门300和进口活门400还可以是通过其它方式来实现开合，例如可以在进口活门和出口活门上设置可控的电磁铁，通过编程来控制出口活门300和进口活门400，使它们配合腔体100的扩张和收缩来实现开合。[0044]根据本发明的又一个具体实施例，为了能够产生大面积的气流，参考图6,将多个合成射流器并列设置，至少一个弹性膜200构成相邻两个合成射流器的侧壁，并且，共用弹性膜200的合成射流器的进口通道40朝向一致、出口通道30朝向也一致。由此，能够产生大面积的气流，从而可用于通风、冷却等各种领域。[0045]发明人发现，本申请结构的合成射流器，工作状态时，布置在腔体上的弹性膜在电磁力驱动下发生振动，腔体受到扩张，腔体内部气压降低，进口活门在内外气压作用下扩张或打开，流体通过进口通道被吸入腔体，而此时出口活门在内外气压的作用下收拢或关闭，减少或切断流体从出口通道进入腔体，然后弹性膜在电磁力驱动下驱使腔体收缩，腔体内部气压增加，进口活门在内外气压作用下收拢或关闭，减少或切断流体从进口通道流出腔体，而此时出口活门在内外气压的作用下打开或扩张，流体经出口通道流出腔体，当出口活门打开或扩张时，可以形成从腔体到外界的收缩通道，这种通道有利于将腔体中的较高压力的流体转化为高速气流然后射出，由于高速气流区仅出现在出口通道的出口附近，因此该通道的较多区域中气流速度较低、气流摩擦较少；同时在进口活门打开或扩张时形成的进口通道为先收缩后扩张形式，该种形式的通道有利于将被吸入的空气先转化为一定速度的气流，并使进入的流体均匀，减少局部流体不均造成的摩擦损失，通过进口通道的中间喉部后再将气流的动能转化为压能，提升腔体中的压力并同时减少气流速度，以减少腔体中的气流摩擦所造成的机械能损失，从而能够较为高效地生成气流。[0046]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。[0047]尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

权利要求：1.一种合成射流器，包括腔体、弹性膜、出口活门和进口活门，其特征在于，所述出口活门和所述进口活门均可活动地设在所述腔体上，所述出口活门打开时形成出口通道，所述进口活门打开时形成进口通道，所述弹性膜设在所述腔体上并构成所述腔体的内壁，所述弹性膜振动时所述腔体随之扩张或收缩；所述合成射流器构造成，所述腔体扩张时，所述腔体的内外压差驱动所述出口通道收缩或关闭、所述进口通道扩张或打开;所述腔体收缩时，所述腔体的内外压差驱动所述出口通道扩张或打开、所述进口通道收缩或关闭;其中，从所述腔体的内部到外部的方向上，所述出口通道的至少部分段形成为过流面积逐渐减小的收缩通道。2.根据权利要求1所述的合成射流器，其特征在于，从所述腔体的外部到内部的方向上，所述进口通道的过流面积先逐渐减小，后逐渐增大。3.根据权利要求1所述的合成射流器，其特征在于，所述腔体在扩张和收缩时的最大体积变化量为V，所述出口通道在最大开度时的最小截面处面积为A，V与A满足关系式:V$xXA，其中，x=l〇，x的单位为米，V的单位为立方米，A的单位为平方米。4.根据权利要求1所述的合成射流器，其特征在于，所述进口活门和所述出口活门相对设置。5.根据权利要求4所述的合成射流器，其特征在于，所述弹性膜成对设置在气流流通方向上的两侧。6.根据权利要求1所述的合成射流器，其特征在于，至少一个所述弹性膜正对所述出口活门设置。7.根据权利要求1所述的合成射流器，其特征在于，多个所述合成射流器并列设置时，至少一个所述弹性膜构成相邻两个所述合成射流器的侧壁。8.根据权利要求7所述的合成射流器，其特征在于，共用所述弹性膜的所述合成射流器的所述进口通道朝向一致、所述出口通道朝向也一致。9.根据权利要求1-8中任一项所述的合成射流器，其特征在于，在从所述腔体的内部到外部的方向上，所述出口活门形成为逐渐朝向彼此延伸的弧形对开门。10.根据权利要求1-8中任一项所述的合成射流器，其特征在于，在从所述腔体的外部到内部的方向上，所述进口活门形成为先逐渐朝向彼此延伸、后逐渐远离彼此的曲线形对开门。

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