[发明专利]可控共振式超音速气体喷嘴

说明书

技术领域

本发明涉及一种可控共振式超音速气体喷嘴。它可以产生可控高强度振动或旋转振动气流。可以应用在喷射雾化冶金、大强度声波或超声波及动力等技术领域。

背景技术

本发明源于对喷射雾化冶金技术的研究，但本发明的意义超越了这项技术应用本身。

喷射雾化冶金技术是近二三十年来新兴的冶金工艺，发展非常快，其中超音速气体雾化技术因其产品性能的优越备受关注。此项技术的关键之处在于产生高频振动的高速气流。而高频振动的产生原因是由于存在一种称之为Hartmann共振管的结构。Hartmann共振管又称Hartmann哨，由两截细管段组成，由其一管段吹气入底部封闭的另一管段，产生哨音。Hartmann共振管在现实中有非常多的应用，如利用其振动效应的烟尘沉降、燃料预混、主动控制、噪音抑制及喷射雾化等，利用其热效应的火箭发动机点火器、新型电冰箱制冷机等。

Hartmann共振管具有多种形态，喷射雾化冶金技术中所采用的USGA(Ultra-Sonic Gas Atomization)喷嘴US7118052B2就是它的一种变化。USGA喷嘴可以产生带有高频振动的超音速气流，使得雾化产品品质优良，有颗粒分布集中的特点。USGA喷嘴在喷射雾化冶金技术有着重要的地位。

不过，USGA喷嘴也有自己的缺点。其产生的高频振动的气流马赫数需较高，起振难度大，振动的振幅较小；气流速度非常大时反而压抑了有益的气体振动；振动特性是喷嘴被加工出来时就确定的，不能调节，不能适用多状况下的要求。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种可控共振式超音速气体喷嘴，可以获得简单色系、高强度、周期性不衰减压力波和流量波及振幅和频率可调控的脉动气流、或者旋动和脉动复合运动气流。

为达到上述目的，本发明的构思是：

本发明的可控共振式超音速气体喷嘴，具有喷嘴体。

喷嘴体是喷嘴的主要实体环形构件，相关的腔体和通道主要设置在喷嘴体上，其实体外侧、上端面和内侧构成U形槽环。喷嘴体内侧实体部分横截面为近直角梯形形状，其倾斜边形成的环面构成U形槽环内侧壁面，垂直边形成的环面构成主激励器的安装面，平行短边形成的环面构成二次激励器的安装面，平行长边形成的环面构成气体出口端的开孔面。喷嘴体内侧环形实体上开有两组以上十字形通孔，其开孔方向与主激励器和二次激励器的安装面分别成垂直或者平行关系。

本发明的可控共振式超音速气体喷嘴，具有底盘。

底盘是一快盘片，是可控共振式超音速气体喷嘴的下底面，底盘和U形槽环的敞口面相接合，形成封闭的腔体；底盘也可以设计为和喷嘴体实体相连的一体式结构。

本发明的可控共振式超音速气体喷嘴，具有储气腔。

储气腔是底盘和喷嘴体U形槽环围成的空腔，起到稳定入流和保护上游设备的缓冲作用。

本发明的可控共振式超音速气体喷嘴，具有气体入口。

气体入口开口于喷嘴体外侧，可以为一组或多组，它提供了稳定的气体来源，保障可控共振式超音速气体喷嘴工作介质的存在；输入的气体由外接的高压气源提供。

本发明的可控共振式超音速气体喷嘴，具有主激励器。

主激励器的作用是产生可控制的气体振动，可以由零质量射流装置来实现，可以有压电膜振动式、活塞振动式、记忆合金振动式、声波激励式或者其它可以产生气流振动的装置组成，其信号的幅度、频率和相位可调控。

本发明的可控共振式超音速气体喷嘴，具有二次激励器。

二次激励器的作用是协同主激励器工作，强化振动的效应。也可以由零质量射流来实现，可以有压电膜振动式、活塞振动式、记忆合金振动式、声波激励式或者其它可以产生气流振动的装置组成，其信号的幅度、频率和相位可调控。

本发明的可控共振式超音速气体喷嘴，具有十字形通孔。

十字形通孔由垂直相交的通孔构成，十字形通孔有四个端孔，其一指向U形槽环内侧壁面，连接储气腔，其二指向直角梯形的平行短边环面，连接二次激励器，其三指向直角梯形的垂直边环面，连接主激励器，其四是指向直角梯形的平行长边环面，形成气体出口。

本发明的可控共振式超音速气体喷嘴，具有气体出口端。

气体出口端产生简单色系、高强度、周期性不衰减压力波和流量波及振幅和频率可调控的脉动气流、或者旋动和脉动复合运动气流。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：