[发明专利]一种发卡涡制造与打断装置及方法

说明书

本发明涉及一种发卡涡制造与打断装置，包括：槽道(1)，水平放置，内部通有恒定速度的流体；涡环发生系统，设置在所述的槽道(1)下方，用于向所述的槽道(1)内提供脉冲射流，所述的脉冲射流与槽道(1)内流体流动方向垂直，二者作用形成发卡涡；涡环打断系统，设置在所述的槽道(1)中、所述的涡环发生系统上方，用于打断所述的发卡涡；同步控制系统，分别与所述的涡环发生系统和所述涡环打断系统连接。与现有技术相比，本发明可实现单列涡的制造，又可实现多列涡的制造，以及制造后涡环的打断，保证了多种情况下本发明的实用性。

技术领域

本发明涉及三维流场的流动控制领域，尤其是涉及一种发卡涡制造与打断装置及方法。

背景技术

发卡涡，又名马蹄涡，最早由Theodorsen(1952)提出，指的是一种Ω形状的涡结构，具有两条流向涡腿并且由一个倾斜抬升的展向弓形涡环结构搭接而成。是壁面剪切流的基本组成部分。发卡涡产生原理主要是：由于流动中非线性作用产生的扰动，展向涡结构的中部沿法向逐渐向上抬升，在上层高速平均流的拖曳作用下，沿流向向前突出，而原来展向涡两侧的部分由于受到壁面粘性以及底层慢速平均流作用，无法以相同的速度向前运动，整体结构被沿流向拉伸，中部抬起并向前突出的部分形成了发卡涡的头部，而两侧的部分则逐渐被拉伸成发卡涡的两条涡腿，涡腿结构得到较充分的发展后，沿流向的发卡涡结构基本形成。

发卡涡主要有两大作用：一是它在两腿之间产生上升流，两腿之外产生下扫流，产生法向动量交换和正雷诺应力；二是它的两腿拉伸，从周围吸收能量，转化为湍动能，增加了湍流强度。

发卡涡一般都会贯穿整个边界层，传递、输运着湍动能，因此发卡涡对湍流的产生、维持有重要贡献。发卡涡的形成常常以涡列形式出现，伴随着大量的湍流应力的产生，并且这种结构的整体演化结果将产生所谓的大尺度结构和超大尺度结构。由于发卡涡的尺度很大，所以在流动显示中比较容易被发现，因此引起了研究者的浓厚兴趣。鉴于发卡涡在湍流产生和能量传递中的重要作用，在进行湍流控制的时候，多是有针对性地影响湍流边界层中的发卡涡以达到控制湍流边界层的目的。近年来，随着人们对高雷诺数湍流研究的深入，发现以往在低雷诺数下获得的对壁湍流规律的认识有一定的局限性，因此大尺度相干结构对于高雷诺数湍流的动力学过程变得十分重要，如果能够揭示大尺度结构在湍流维持中的作用，对于帮助人们更好的认识高雷诺数湍流、进一步提出更加精准有效的湍流模型有重要的意义。

对湍流进行针对性控制，可以达到减小流动阻力的目的。湍流控制的依据是湍流相干结构的生成机理和演化规律，根据湍流相干结构特性对湍流进行控制时，流动的阻力往往会出现相关联的变化。发卡涡作为一种典型的大尺度相干结构，其生成机理及演化规律对于实现湍流控制，减少流动阻力都有着重要的意义。然而，发卡涡通常只存在于自然壁面剪切湍流中，因此在对其生成机理及演化规律的研究中，人造发卡涡就显示出了十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种发卡涡制造与打断装置及方法，实现单列涡、多列涡的制造，以及涡环的打断。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种发卡涡制造与打断装置，包括：

槽道，水平放置，内部通有恒定速度的流体；

涡环发生系统，设置在所述的槽道下方，用于向所述的槽道内提供脉冲射流，所述的脉冲射流与槽道内流体流动方向垂直，二者作用形成发卡涡；

涡环打断系统，设置在所述的槽道中、所述的涡环发生系统上方，用于打断所述的发卡涡；

同步控制系统，分别与所述的涡环发生系统和所述涡环打断系统连接。

所述的涡环发生系统包括设置在所述的槽道下方的音叉形流道，流道的支流出口伸入槽道并与槽道的下表面持平，各支流全部位于槽道展向同一截面上，音叉形流道末端连有用于提供水源的水箱，所述的水箱与音叉形流道之间设有第一蠕动泵。