[發(fā)明專利]卡門渦街發(fā)電機

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910070042.1
• 申請日: 2009-08-04
• 公開（公告）號: CN101800459A
• 公開（公告）日: 2010-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 路明
• 申請（專利權(quán)）人: 天津空中代碼工程應(yīng)用軟件開發(fā)有限公司
• 主分類號: H02K35/04
• 分類號: H02K35/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及發(fā)電設(shè)備領(lǐng)域。具體是一種交流電流發(fā)生裝置。這種裝置將流體流動過程中 產(chǎn)生的動能轉(zhuǎn)化成電能。

背景技術(shù)

在一種特定條件下(可以用流體的雷諾數(shù)Reynolds?number表示)，當(dāng)流體(如空氣、 水，等)繞過非流線形物體時，由于物體表面的粘性邊界層中存在逆壓梯度，表面邊界層開 始分離，經(jīng)過一定時間的發(fā)展，物體后方的尾跡中，根據(jù)不同的雷諾數(shù)，形成不同流動模式。 流體的雷諾數(shù)是一個無量綱數(shù)，描述了流體的慣性力和粘性力之比。流體的雷諾數(shù)Re可以用 下式來表示，

Re=ρV∞Lμ---(1)]]>

其中，ρ,V_∞，μ分別代表流體的密度，速度和動力粘性系數(shù)；L代表物體的特征長度尺度。大 量的理論和實驗證明，雷諾數(shù)從50到500范圍內(nèi)，尾跡區(qū)域內(nèi)會形成穩(wěn)定的、成對的、交 替排列的、旋轉(zhuǎn)方向相反的、固定間距的，以層流為核心的漩渦。雷諾數(shù)大于200，尾跡的 流動呈三維化，旋渦的核心變成湍流，但旋渦脫落機制仍保持層流。這樣的流動模式被稱為 卡門渦街。圖1是卡門渦街形成示意圖。卡門渦街中的旋渦的結(jié)構(gòu)可以用環(huán)量守恒的原理來 解釋。即當(dāng)一個渦從非流線型物體(或稱旋渦發(fā)生體)的邊界層脫落時，必然有與之環(huán)量相 反的渦的存在。在現(xiàn)實中，當(dāng)流體流過建筑物、電線、橋墩時都會產(chǎn)生卡門渦街。卡門渦街 中的旋渦的結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的，而且旋渦產(chǎn)生頻率和流體流速的關(guān)系是確定的。在振蕩的流場中 常用到無量綱參數(shù)Strouhal數(shù)來描述流場的特征，Strouhal數(shù)St定義為

St=fLV∞---(2)]]>

其中，f為旋渦的脫落頻率，其他變量如前所述。Strouhal數(shù)一般為固定值0.2。因而流速 可以通過測量漩渦脫落頻率來獲得。廣泛使用的卡門渦街流量計就是根據(jù)這個原理制成的。

在旋渦發(fā)生體后方的卡門渦街中，旋渦會沿來流方向向后運動。同時由于單個旋渦的環(huán) 量的存在，這個渦會受到一個與來流垂直方向上的作用力，即升力。因而在卡門渦街中，流 體會在與來流方向垂直的方向上受到周期性交替變化的作用力。根據(jù)作用力和反作用力原理， 流體也會對這個非流線型物體產(chǎn)生一個周期性交變的、與來流方向垂直的作用力。因而物體 會在來流方向垂直的方向上產(chǎn)生振蕩。工程中應(yīng)該避免這類現(xiàn)象的發(fā)生，因為這種振蕩會引 起物體的疲勞和損壞。

如果在磁場中安置一個金屬線圈，如果通過線圈與磁場的相對運動，讓金屬線圈在磁力 線方向的投影面積產(chǎn)生變化，即可使穿過線圈的磁通量產(chǎn)生變化。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，磁通 量的變化會使線圈中產(chǎn)生電流，這是發(fā)電機的基本原理。如果把上述卡門渦街這種作用于旋 渦發(fā)生體上的周期性的、交替方向的力傳遞給一個放置在固定的磁場中的金屬線圈，可以 使金屬線圈產(chǎn)生振蕩。如果這種周期性的振蕩改變了穿過金屬線圈的磁通量，則在線圈中產(chǎn) 生了交流電。圖2是利用卡門渦街產(chǎn)生電流的原理圖。