[發明專利]分形孔板

有效

• 申請號: 201180043750.1
• 申請日: 2011-09-09
• 公開（公告）號: CN103153477A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 威廉·T·威爾斯;威廉·T·威爾斯;格蘭特·格爾文
• 申請（專利權）人: 威爾斯格爾文分形技術有限責任公司
• 主分類號: B05B1/14
• 分類號: B05B1/14
• 代理公司: 北京市路盛律師事務所 11326
• 代理人: 唐超塵

相關專利申請的交叉引用

本申請要求2010年9月9日提交的申請號為61/381,425的美國臨時專利申請的優先權，該申請通過引用并入本文中。

技術領域

本發明涉及用于流體霧化的具有模式的孔板。更具體地，本發明涉及帶有至少一個為分形模式的孔的孔板。

背景技術

流體霧化是許多工業生產過程的關鍵部分。為了霧化流過管道的流體，可以利用通常所稱的文丘里效應，也就是說，當流體流過管道的狹窄部分時導致流體壓力減小。用于產生該效應的常用的且低成本得裝置是孔板。標準的單個開口孔造成穿過孔的壓降，從而引起文丘里效應，然后其可以用于霧化流體。實際上，霧化度由壓降的幅度決定。壓降越大，霧化越好。近來的研究已經表明，新的孔的幾何形狀可以在產生較大的壓降方面更有效率。分形幾何形狀已經在穩態流條件下進行研究，但是并未在管道終端處的孔中研究。

標準的單圓孔已經應用超過100年了。本發明在孔設計中引入完全的幾何圖形上的改變。在此我們提出一種新的設計，該設計利用自相似多尺度模式的多孔開口。在此的優點在于兩方面：多開口的自相似結構增加了有效的孔的周長面積比。這樣進而增加所稱的邊界層(存在于任何受限粘性流體流中的現象)的橫截面面積，這在維持相同的平均流速的同時減小孔的有效面積，從而在相同的孔面積下獲得較大的壓降。另一方面，孔的多尺度設計在流體流中引發多尺度湍流結構。增加的湍流強度進一步降低下游壓力，這產生較大的壓力差。因此，有兩種獨立的物理機制導致壓降的增大，從而導致更好的霧化。

具有分形模式的孔板已經被用于計量流體流量。該孔板已經用于減少在孔板之后的湍流，并且利用分形模式提供與針孔式孔相比減小的穿過孔板的壓降。在上述的任何參考內容中都沒有建議這樣的計量板當位于管路的終端處在高壓降的情況下使用時將提供改進的流體霧化。

發明內容

本發明涉及具有終端的管路，其中靠近終端的是孔板。該孔板具有分形模式。該管路具有直徑，所述孔板位于距所述終端三倍直徑長度的范圍內。

在一個實施例中，用于流體流的噴嘴組件具有用于上游流的管路，所述管路的終端用于下游噴霧，還具有靠近所述終端的孔板，該孔板具有分形模式。

從以下提供的詳細描述中，本發明適用的更多領域將變得清楚。應當理解的是，詳細說明和具體實施例在描述本發明的優選的實施例時，僅僅是出于示例的目的，并且并不意味著限制本發明的范圍。

附圖說明

從詳細說明和附圖，將獲得對本發明更完全的理解，圖中：

圖1是在其終端帶有分形孔板的燃料噴射器的立體圖。

圖2A是單個針型孔的二維數值模擬的瞬時渦度isoplot(注：制圖軟件)圖。

圖2B是三階謝爾賓斯基(Seirpinsky)地毯分形孔的二維數值模擬的瞬時渦度isoplot圖。

圖3是結合到噴嘴頭中的分形孔的立體圖。

圖4是復合謝爾賓斯基地毯分形孔的立體圖。

圖5是包含分形孔的凸緣的立體圖。

圖6是用作雨水管的入口和溝槽入口例如檢修口的蓋的分形孔的立體圖。

圖7是阿波羅網絡分形孔的放大的立體圖。

圖8是在距管路的終端三倍直徑長度范圍內具有分形板的噴嘴的立體圖。

具體實施方式

下文中對優選的實施方式的描述實際上僅僅是示例性的，無論如何也不意味著限制本發明及其應用和用途。

本發明的實質是通過在管路(30)或其他裝置的端部放置分形模式孔(20)來霧化和計量流體，從而改變噴射模式或計量流體。圖1顯示了本發明的一個實施例，其將被用于燃料噴射器(10)或其它用以噴射石油基燃料或烴類燃料，例如汽油、柴油燃料、天然氣或丙烷的孔中。通常，該孔設計對于在期望沒有輸入更多能量的前提下提高流體霧化、汽化或湍流控制度是有益的。簡而言之，該設計是更有效的。典型的單開口孔設計基于物理幾何形狀的限制已經完全最優化了。因此，為了進一步地最優化，需要新的幾何形狀。由于以下幾種特征，分形幾何形狀提供了一種解決方案：大的周長面積比，無標度性自相似性和非整數維數或分形維數。以下我們給出各個實施例。