[发明专利]分形孔板

说明书

相关专利申请的交叉引用

本申请要求2010年9月9日提交的申请号为61/381,425的美国临时专利申请的优先权，该申请通过引用并入本文中。

技术领域

本发明涉及用于流体雾化的具有模式的孔板。更具体地，本发明涉及带有至少一个为分形模式的孔的孔板。

背景技术

流体雾化是许多工业生产过程的关键部分。为了雾化流过管道的流体，可以利用通常所称的文丘里效应，也就是说，当流体流过管道的狭窄部分时导致流体压力减小。用于产生该效应的常用的且低成本得装置是孔板。标准的单个开口孔造成穿过孔的压降，从而引起文丘里效应，然后其可以用于雾化流体。实际上，雾化度由压降的幅度决定。压降越大，雾化越好。近来的研究已经表明，新的孔的几何形状可以在产生较大的压降方面更有效率。分形几何形状已经在稳态流条件下进行研究，但是并未在管道终端处的孔中研究。

标准的单圆孔已经应用超过100年了。本发明在孔设计中引入完全的几何图形上的改变。在此我们提出一种新的设计，该设计利用自相似多尺度模式的多孔开口。在此的优点在于两方面：多开口的自相似结构增加了有效的孔的周长面积比。这样进而增加所称的边界层(存在于任何受限粘性流体流中的现象)的横截面面积，这在维持相同的平均流速的同时减小孔的有效面积，从而在相同的孔面积下获得较大的压降。另一方面，孔的多尺度设计在流体流中引发多尺度湍流结构。增加的湍流强度进一步降低下游压力，这产生较大的压力差。因此，有两种独立的物理机制导致压降的增大，从而导致更好的雾化。

具有分形模式的孔板已经被用于计量流体流量。该孔板已经用于减少在孔板之后的湍流，并且利用分形模式提供与针孔式孔相比减小的穿过孔板的压降。在上述的任何参考内容中都没有建议这样的计量板当位于管路的终端处在高压降的情况下使用时将提供改进的流体雾化。

发明内容

本发明涉及具有终端的管路，其中靠近终端的是孔板。该孔板具有分形模式。该管路具有直径，所述孔板位于距所述终端三倍直径长度的范围内。

在一个实施例中，用于流体流的喷嘴组件具有用于上游流的管路，所述管路的终端用于下游喷雾，还具有靠近所述终端的孔板，该孔板具有分形模式。

从以下提供的详细描述中，本发明适用的更多领域将变得清楚。应当理解的是，详细说明和具体实施例在描述本发明的优选的实施例时，仅仅是出于示例的目的，并且并不意味着限制本发明的范围。

附图说明

从详细说明和附图，将获得对本发明更完全的理解，图中：

图1是在其终端带有分形孔板的燃料喷射器的立体图。

图2A是单个针型孔的二维数值模拟的瞬时涡度isoplot(注：制图软件)图。

图2B是三阶谢尔宾斯基(Seirpinsky)地毯分形孔的二维数值模拟的瞬时涡度isoplot图。

图3是结合到喷嘴头中的分形孔的立体图。

图4是复合谢尔宾斯基地毯分形孔的立体图。

图5是包含分形孔的凸缘的立体图。

图6是用作雨水管的入口和沟槽入口例如检修口的盖的分形孔的立体图。

图7是阿波罗网络分形孔的放大的立体图。

图8是在距管路的终端三倍直径长度范围内具有分形板的喷嘴的立体图。

具体实施方式

下文中对优选的实施方式的描述实际上仅仅是示例性的，无论如何也不意味着限制本发明及其应用和用途。

本发明的实质是通过在管路(30)或其他装置的端部放置分形模式孔(20)来雾化和计量流体，从而改变喷射模式或计量流体。图1显示了本发明的一个实施例，其将被用于燃料喷射器(10)或其它用以喷射石油基燃料或烃类燃料，例如汽油、柴油燃料、天然气或丙烷的孔中。通常，该孔设计对于在期望没有输入更多能量的前提下提高流体雾化、汽化或湍流控制度是有益的。简而言之，该设计是更有效的。典型的单开口孔设计基于物理几何形状的限制已经完全最优化了。因此，为了进一步地最优化，需要新的几何形状。由于以下几种特征，分形几何形状提供了一种解决方案：大的周长面积比，无标度性自相似性和非整数维数或分形维数。以下我们给出各个实施例。