一种三维各向同性湍流生成装置制造方法及图纸

技术编号：40054771 阅读：15 留言：0更新日期：2024-01-16 21:45

本发明专利技术公开了一种三维各向同性湍流生成装置，包括：第二容器与多个喷头，液体进入喷头并向喷头的朝向方向喷出，由于各个喷头配置为液体从喷头中喷出时的速度相等，腔室具有中心点，各棱角到中心点的距离相等，各喷头的朝向方向均朝向中心点，因此能够在第二容器的中央位置及附近区域内形成各向同性湍流，在上述过程中，本发明专利技术减小装置复杂度，依靠重力驱动液流，通过对喷头与第二容器的设置，能够在第二容器内产生多路射流对撞，并以此生成三维各向同性湍流，且由于液流来源具有高一致性，生成湍流的各向同性程度得到保证，在有效降低了系统复杂度的同时提出了一种生成高同性性的三维各向同性湍流的技术，实现了有益效果。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及流体力学实验设备领域，具体涉及一种三维各向同性湍流生成装置。

技术介绍

1、现有的流体力学实验中，对各向同性湍流的研究是一项常见的研究课题，需要人员在实验室中利用设备先行制造出流体的湍流，才能对湍流进行记录、实验以及研究。

2、现有技术中，为了生成各向同性湍流，大多都会利用网格流以及剪切流来进行各向同性湍流的生成。网格流湍流生成装置需要利用流体与网格相对运动诱导各向同性湍流生成，因此需要流体回路驱动流体运动或线性电机驱动网格往复运动，存在系统复杂性及成本高的问题；而剪切流湍流生成装置利用一对或多对反向旋转的叶轮对流体进行搅拌，使流体内部形成剪切层，剪切层失稳可诱导各向同性湍流生成，此种方式需要电机高速旋转(超过1000转/分)以确保生成湍流的湍流度，存在能耗较大的问题，也对容器的旋转密封提出了较高的要求。

3、在使用上述常见设备生成二维湍流时，其缺陷尚可接受，但是当需要研究三维湍流时，因为网格和剪切层在空间结构上均为二维结构，流动转捩与失稳也主要在二维平面内也都会显示出各向同性的特点，这会导致生成的各向同性湍流往往仅在二维平面内表现出各向同性的特点，难以满足三维同性湍流的生成需求，若是在现有技术路线下增加一个维度，则需要在本具备复杂度的前提下进一步大幅提升系统复杂度，从而造成设备可靠性下降与成本增加。

技术实现思路

1、本专利技术提供了一种能够兼顾低系统复杂度与生成高三维各向同性湍流的利用重力驱动射流的三维各向同性湍流生成装置，包括：

<p>2、第二容器，第二容器内部具有正棱柱式的腔室，腔室具有多个棱角，腔室具有中心点，各棱角到中心点的距离相等，第二容器具有第二出水口，进入腔室内的液体能够从第二出水口流出；

3、多个喷头，一个喷头与腔室的一个棱角相对应，喷头设于其所对应的棱角处，各个喷头用于将外部液源的液体喷入腔室，各喷头的朝向方向均朝向腔室的中心点，且液体从喷头中喷出时的速度相等。

4、进一步地，还包括：

5、第一容器，第一容器配置为能够容纳液体，第二容器的竖直高度低于第一容器的竖直高度，第一容器与各个喷头相连通；

6、第三容器，第三容器配置为能够容纳液体，第三容器竖直高度低于第二容器的竖直高度，第三容器与第二容器的内部腔室相连通，且第三容器与第一容器相连通；

7、抽水泵，第三容器与第一容器之间设有抽水泵，抽水泵用于将第三容器内部液体抽入第一容器中；第一容器与第二容器之间、第二容器与第三容器之间以及第三容器与第一容器之间均设有阀门。

8、进一步地，第二容器内部的腔室为正四棱柱式，腔室具有八个棱角，且，还包括八个第一连接管，一个第一连接管对应于一个喷头，第一连接管连接在其对应喷头与第一容器之间，第二容器的中轴线为水平状态，第二容器在中轴线上具有两个相对的安装侧壁，每个安装侧壁上均有四个第一连接管穿入从而与喷头连接，四个位于同一安装侧壁上的四个第一连接管之间彼此平行，从而使得经过各第一连接管的液流所产生的压力损失一致。

9、进一步地，还包括八个第二连接管，第二连接管连接在第二容器与第三容器之间，每个安装侧壁上均有四个第二连接管于第二容器相连通，四个位于同一安装侧壁的四个第二连接管之间彼此平行。

10、进一步地，第一容器具有竖直的中轴线，第一容器具有八个第一出水口，各第一出水口围绕第一容器的中轴线中心对称，用于使从各第一出水口流出的液体保持流速与流向的一致性，第一连接管通过第一出水口与第一容器相连通。

11、进一步地，第二容器中轴线呈水平状态，每个安装侧壁上均具有四个第二入水口与四个第二出水口，一个第二入水口与一个喷头相连接，第二出水口与第二容器内部相连通，每个安装侧壁上的各第二入水口围绕第二容器的中轴线中心对称，每个安装侧壁上的各第二出水口围绕第二容器的中轴线中心对称，第一连接管通过第二入水口与喷头相连通，第二连接管通过第二入水口与第二容器相连通。

12、进一步地，第三容器具有竖直的中轴线，第三容器具有八个第三入水口，各第三入水口围绕第三容器的中轴线中心对称，用于使从各第三入水口流入的液体保持流速与流向的一致性，第二连接管通过第三入水口与第二容器件相连通。

13、进一步地，喷头包括喷口与固定部，固定部设于第二容器内部棱角处且与第二容器可拆卸连接，喷口穿过固定部并朝向第二容器内部腔室的中心点，固定部用于保持喷口的朝向，一个喷口与其所对应的第二入水口之间通过埋设于第二容器内部的管路相连通。

14、进一步地，第二容器还包括盒体，盒体在第二容器中心轴上的两端各可拆卸连接有一个安装侧壁，固定部固定连接于安装侧壁上，固定部外部与盒体内侧壁之间设有密封层，密封层固定连接于固定部的外部。

15、进一步地，第一容器具有第一入水口，第一容器包括第一罐体，第一入水口与第一出水口均设于第一罐体的底部，第一入水口有且仅有一个，第一入水口位于第一罐体底部的中心处，各第一出水口围绕第一入水口呈中心对称，第一罐体的侧壁的下端具有导流锥面，导流锥面用于将液体导流汇集向第一罐体下壁的中部，导流锥面与第一罐体下壁的连接处围绕于各第一出水口外围。

16、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：在使用时，由于各个喷头配置为液体从喷头中喷出时的速度相等，各棱角到腔室中心点的距离相等，各喷头的朝向方向均朝向中心点，基于第二容器腔室的正棱柱空间属性，从而在正棱柱的腔室住满液体时，使得第二容器的中央位置及附近区域内形成各向同性湍流，实现技术效果，在上述过程中，本专利技术减小装置复杂度，依靠重力驱动液流，通过对喷头与第二容器的设置，能够在第二容器内产生多路射流对撞，并以此生成三维各向同性湍流，且由于液流来源具有高一致性，生成湍流的各向同性程度得到保证，在有效降低了系统复杂度的同时提出了一种生成高同性性的三维各向同性湍流的技术，实现了有益效果。

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【技术保护点】

1.一种三维各向同性湍流生成装置，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种三维各向同性湍流生成装置，其特征在于，还包括：

3.如权利要求2所述的一种三维各向同性湍流生成装置，其特征在于，第二容器(2)内部的腔室为正四棱柱式，所述腔室具有八个棱角，且，还包括八个第一连接管(61)，一个第一连接管(61)对应于一个喷头(4)，第一连接管(61)连接在其对应喷头(4)与第一容器(1)之间，所述第二容器的中轴线为水平状态，第二容器在中轴线上具有两个相对的安装侧壁(23)，每个所述安装侧壁(23)上均有四个第一连接管(61)穿入从而与喷头(4)连接，四个位于同一安装侧壁(23)上的四个第一连接管(61)之间彼此平行，从而使得经过各第一连接管(61)的液流所产生的压力损失一致。

4.如权利要求3所述的一种三维各向同性湍流生成装置，其特征在于，还包括八个第二连接管(62)，第二连接管(62)连接在第二容器(2)与第三容器(3)之间，每个所述安装侧壁(23)上均有四个第二连接管(62)于第二容器(2)相连通，四个位于同一安装侧壁(23)的四个第二连接管(62)之间彼此平行。

5.如权利要求4所述的一种三维各向同性湍流生成装置，其特征在于，第一容器(1)具有竖直的中轴线，所述第一容器(1)具有八个第一出水口(12)，各第一出水口(12)围绕第一容器(1)的中轴线中心对称，用于使从各第一出水口(12)流出的液体保持流速与流向的一致性，第一连接管(61)通过第一出水口(12)与第一容器相连通。

6.如权利要求5所述的一种三维各向同性湍流生成装置，其特征在于，第二容器(2)中轴线呈水平状态，每个所述安装侧壁(23)上均具有四个第二入水口(21)与四个第二出水口(22)，一个第二入水口(21)与一个喷头(4)相连接，第二出水口与第二容器(2)内部相连通，每个安装侧壁(23)上的各第二入水口(21)围绕第二容器(2)的中轴线中心对称，每个安装侧壁(23)上的各第二出水口(22)围绕第二容器(2)的中轴线中心对称，第一连接管(61)通过第二入水口(21)与喷头(4)相连通，第二连接管(62)通过第二入水口(21)与第二容器(2)相连通。

7.如权利要求6所述的一种三维各向同性湍流生成装置，其特征在于，第三容器(3)具有竖直的中轴线，所述第三容器(3)具有八个第三入水口(31)，各第三入水口(31)围绕第三容器(3)的中轴线中心对称，用于使从各第三入水口(31)流入的液体保持流速与流向的一致性，第二连接管(62)通过第三入水口(31)与第二容器(2)件相连通。

8.如权利要求7所述的一种三维各向同性湍流生成装置，其特征在于，所述喷头(4)包括喷口(41)与固定部(42)，所述固定部(42)设于第二容器(2)内部棱角处且与第二容器(2)可拆卸连接，所述喷口(41)穿过所述固定部(42)并朝向第二容器(2)内部腔室的中心点，所述固定部(42)用于保持喷口(41)的朝向，一个所述喷口(41)与其所对应的第二入水口(21)之间通过埋设于第二容器(2)内部的管路相连通。

9.如权利要求8所述的一种三维各向同性湍流生成装置，其特征在于，所述第二容器(2)还包括盒体(24)，所述盒体(24)在第二容器(2)中心轴上的两端各可拆卸连接有一个安装侧壁(23)，所述固定部(42)固定连接于所述安装侧壁(23)上，所述固定部(42)外部与盒体(24)内侧壁之间设有密封层(231)，所述密封层(231)固定连接于固定部(42)的外部。

10.如权利要求9所述的一种三维各向同性湍流生成装置，其特征在于，所述第一容器(1)具有第一入水口(11)，第一容器(1)包括第一罐体，所述第一入水口(11)与第一出水口(12)均设于所述第一罐体的底部，所述第一入水口(11)有且仅有一个，第一入水口(11)位于第一罐体底部的中心处，各第一出水口(12)围绕第一入水口(11)呈中心对称，所述第一罐体的侧壁的下端具有导流锥面(7)，所述导流锥面(7)用于将液体导流汇集向第一罐体下壁的中部，所述导流锥面(7)与第一罐体下壁的连接处围绕于各第一出水口(12)外围。

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【技术特征摘要】

1.一种三维各向同性湍流生成装置，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种三维各向同性湍流生成装置，其特征在于，还包括：

【专利技术属性】
技术研发人员：柯春旭，阳倦成，倪明玖，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：

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