[发明专利]可调摆动频率的绕流装置及方法

说明书

一种可调摆动频率的绕流装置及方法，属于流体力学领域。其特征在于：包括绕流部件、摆动频率调节模块（上部永磁铁，下部与上部极性相异的永磁铁和极性相同的电磁铁结构及反馈电路或柔性密封套和有气泵、气阀组成的控压组件）、固定底座。本发明提供一种绕流运动中使绕流体摆动频率与尾迹脱涡频率达到共振的方法，绕流部件在尾迹涡旋脱落的影响下随着半柔性支撑件左右摆动，反馈电路检测来流速度与绕流部件的摆动频率，通过反馈电路调节绕流部件的摆动频率至来流速度下的共振区内，使绕流部件的摆动频率与尾迹流场的脱涡频率达到共振。该结构优点在于可控性强，且无需润滑保养，寿命长。

技术领域

本发明涉及一种可调摆动频率的绕流装置及方法，属于流体力学领域。

背景技术

水能作为一种较为丰富的可再生的清洁能源，一直以来都是发电的重要能源之一。水力发电的主要方式是将水的势能转变为水轮机的旋转从而带动发电机组转动，达到发电的目的，但这种方式对于小型水电站而言，发电成本较高。目前新兴一种以涡激振动为原理的水力发电方式能很好的解决这一问题，但其需要摆动件与尾流的涡旋达到共振。为此，提出一种摆动频率可调的绕流结构及方法。

发明内容

本发明涉及一种可调摆动频率的绕流装置及方法,其优点在于可控性强，且无需润滑保养，寿命长。

所述一种可调摆动频率的绕流装置，其特征在于：该结构自上而下依次包括绕流部件、摆动频率调节模块、固定底座；所述摆动频率调节模块包括半柔性支撑件和反馈电路；所述半柔性支撑件由柔性密封套和磁力弹簧组成；所述磁力弹簧包括第一永磁铁、第二永磁铁和电磁铁；第一永磁铁与绕流部件连接，第二永磁铁下部与电磁铁上部固定连接，电磁铁与固定底座连接；所述反馈电路包括检测模块和反馈模块；所述检测模块包括应变传感器和流速变送器(8)；应变传感器附于柔性密封套上，流速变送器(8)置于流域上游；所述反馈模块接入电磁铁的电路中并接收检测模块的输出信号。

所述的可调摆动频率的绕流装置的方法，其特征在于：所述柔性密封套用于固定连接所述的绕流部件和固定底座，同时其内部的装置起到密封保护作用；所述绕流部件在绕流运动中在涡旋的脱落的影响下会左右摆动，绕流部件的摆动频率可随所述半柔性支撑件的固有频率改变而改变；

所述绕流部件的摆动一种是以所述柔性密封套为主导，此时所述柔性密封套的长度改变时，所述柔性密封套的固有频率将会改变，从而影响所述绕流部件(1)的摆动频率；绕流部件的摆动还第二种以所述磁力弹簧为主导，此时所述磁力弹簧的倔强系数改变，所述绕流部件的摆动频率可以改变；

当绕流部件在绕流运动中由于涡旋的脱落发生左右摆动，所述应变传感器检测出柔性密封套的应变并通过算法输出摆动频率；所述流速变送器检测并输出来流流速；

所述反馈模块为：改变电磁铁输入电流的控制电路，通过调节电磁铁(5)的输入电流改变电磁铁的磁场强度，从而改变柔性密封套(4)的长度或所述磁力弹簧的倔强系数，达到调节摆动频率的目的；

反馈模块接受检测模块传来的信号后，调节电磁铁的输入电流，将摆动频率调整至输入流速所对应的共振区，使所述绕流部件的摆动频率与脱涡频率达到共振；系统达到共振后，检测模块持续监控来流流速和摆动频率，调动反馈模块维持摆动频率在共振区间浮动。

所述的可调摆动频率的绕流装置，其特征在于：所述磁力弹簧布置方式根据结构的放置方式的不同而发生变化：当绕流部件位于固定底座上方：第二永磁铁与第一永磁铁极性相异，电磁铁与第一永磁铁极性相同；当绕流部件位于固定底座下方：第二永磁铁与第一永磁铁极性相同，电磁铁与第一永磁铁极性相异。

电磁铁的布置旨在控制与第二永磁铁相连的绕流部件，当绕流部件放置于固定底座的上方或下方时，重力方向会相对于绕流装置发生变化，此时让电磁铁与第二永磁铁产生斥力或引力，会让重力成为电磁铁调控绕流装置过程中的动力之一，从而增加绕流装置的可控性；而第一磁铁的布置是为了使电磁铁的磁场存在磁场谷，增加磁力弹簧的稳定性。