[发明专利]用于运动体边界层流体控制的电磁流体控制器

说明书

技术领域

本发明属于一种电磁流体控制器，特别是一种用于运动体边界层流体控制的电磁流体控制器。

背景技术

随着能源危机的日益严重，流体边界层的分离控制显得越来越重要。据统计，现代民用运输机和水上船只，表面摩擦阻力约占总阻力的50％，而对于水下潜器，比例则高达70％，如文献1，潘家正，湍流减阻新概念的实验探索，空气动力学学报，1996，14(3)：304-310。阻力与燃油消耗率密切相关，例如，38吨重的半挂车，行使速度为60与80km/h时，克服阻力所消耗的功率分别为25kw和60kw，若阻力下降25％，则可降低油耗8.5％，由此可知，边界层控制所带来的潜在经济效益相当可观。除此之外，边界层控制还可带来其它好处，如抑制流体分离，降低噪音与提高热交换等等，因而其在航空、船舶、运输、化工、军事等领域都有极其重要的应用背景。

流体控制方法一般按有无能量输入而分为被动控制(固定的控制手段，无能量加入)与主动控制(非定常的能量加入)两种，而主动控制还可分为开环与闭环控制。近年来，主动闭环控制方法因其高效率与低能耗而成为控制与减阻研究的热点，其特点是可根据实时流场传感器(sensor)的测试信息来调整激励器(actuator)控制能量的输入。

近年来，利用电磁力进行流体边界层分离控制被认为最有潜力的三种主动控制方法之一，其基本原理是在弱导电介质溶液(如海水)中的钝体表面上按一定方式进行电磁极板布置，可对其附近流过的流体施加电磁力作用，从而使此区域的流体获得与电磁力作用方向相同的动量，从而消除造成流体分离的逆压梯度，抑制流体在钝体壁面上的分离。相对于其它控制方法，其显著优点是电磁力的大小与方向可通过对电磁极板中的电流与磁通量强度以及电磁极板的空间分布进行控制，因而便于满足工程应用中的各种需求。

目前用于边界层流体控制的电磁极板排列方式一般为电极与磁极相间排列，所产生的电磁力与流体方向相同，如文献2，周本谋，范宝春，陈志华，叶经方，丁汉新，勒连明，流体边界层上电磁力的控制效应研究，力学学报，2004，36(4)：472-478.；文献3，陈耀慧，范宝春，陈志华，周本谋，翼型绕流电磁控制的实验和数值研究，物理学报，2008，57(2)：648-653.]以及对管道流体中的离子运动进行控制，如文献4.Paul E Hagseth，Paul D.McClure，Inlet Electromagnetic Flow Control，US Patent 20080277004。由于电磁力的分布沿电磁极板表面法向方向呈指数衰减，仅在其穿透深度范围内的作用效果明显，因而其作用范围仅在电磁极板表面非常近的区域，导致其控制效率很低，另外，由于电解质在电极表面有电离，易造成电极表面的腐蚀，影响电极的使用寿命。因此，目前的电磁控制仍处于实验阶段。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以降低电极板表面电解腐蚀，延长电极板使用寿命，适用不同运动体形状变化，有效控制导电流体中运动体表面流体分离、减阻的用于运动体边界层流体控制的电磁控制器。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种用于运动体边界层流体控制的电磁流体控制器，包括磁极、电极、底座和盖板，磁极和电极沿水平方向相间的排列在底座和盖板之间，两相邻磁极的极性相反，各电极通过导线与电极脉冲控制器连接，所述的电极由若干小电极组成，排列在两相邻磁极之间，每个小电极分别通过导线与电极脉冲控制器连接。

本发明与现有技术相比，其显著优点：1、由于本发明对电极的布置方式进行的改进，可产生法向与展向的电磁力来对平板上的边界层流体进行分离控制，与局限在钝体壁面上的常规电磁控制相比，扩大了控制范围，取得了更好的控制效果；2、由于本发明以一定频率不断改变电极的正负特性，因而可有效控制电解质在电极表面的电离情况，减轻对电极表面的腐蚀，延长电极板的使用寿命。

附图说明

图1为本发明用于运动体边界层流体控制的电磁流体控制器的结构示意图。

图2为本发明用于运动体边界层流体控制的电磁流体控制器中电磁极板的布置方式及电极的激励方式示意图。

图3为电极脉冲控制器的结构工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。