[實用新型]基于分形理論的正方形分形噴嘴及流動測量系統，換熱測量系統

有效

• 申請號: 201720648046.3
• 申請日: 2017-06-06
• 公開（公告）號: CN207115081U
• 公開（公告）日: 2018-03-16
• 發明（設計）人: 徐敏義;薛宇迪;陳鵬飛
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042;G01F1/32;G01D21/02;F23D14/58
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司21212
• 代理人: 趙淑梅,李洪福

技術領域

本實用新型涉及射流裝置技術領域，分形幾何領域，尤其涉及一種基于分形理論的正方形分形噴嘴及流動測量系統，換熱測量系統。

背景技術

在我國能源消耗的主體行業中，如冶金、能源、化工、建材等行業使用能源的主要形式為工業鍋爐燃燒。燃燒器是電站鍋爐及工業鍋爐的主要組成部分，它將燃料和燃燒所需空氣送入爐膛，并組織一定的氣流結構，使燃料能迅速穩定的著火。在增強射流燃燒器摻混性能方面，我國尚在萌芽階段，若該方面技術獲得一定成果，可有效改善燃燒器噴射裝置的結構，并且在降低燃燒廢氣中的NO_X具有極其重要的作用。

在傳統燃燒器噴嘴射流研究中，圓形、非圓形射流(如橢圓、矩形、三角形等)、自激振蕩射流等方式被廣泛研究。然而只在傳統范疇內改變噴嘴形狀，其近場區卷吸量和混合性能的提升非常有限，近場區卷吸能力的增強并不一定使得遠場區的混合性能也得到增強。近場區不同形式的增混方式，對于遠場區的湍流混合性能的影響又是不同的，進而對于實際應用效果也是不一樣的。

具有自相似原則和迭代生成原則的分形理論，跳出了一維的線、二維的面、三維的立體乃至四維時空的傳統范疇，而更加趨近復雜系統的真實屬性與狀態的描述，更加符合客觀事實的多樣性與復雜性。在最近20年里，分形的應用滲透到了各個學科領域，并不斷得到發展，如果能將分形理論和射流研究結合在一起，有效增加流體混合程度，對提高燃燒器效率和降低污染物排放具有重要作用。

實用新型內容

根據上述提出的技術問題，而提供一種基于分形理論的正方形分形噴嘴及流動測量系統，換熱測量系統。該噴嘴內部結構按照分形特征排列，經過該噴嘴的射流涉及范圍更廣，其湍流度可在整體上得到有效增強，以克服上述技術問題。

本實用新型采用的技術手段如下：

一種基于分形理論的正方形分形噴嘴，其特征在于，包括噴嘴口和分形框 架結構，其特征在于，所述分形框架結構按正方形分形幾何特征有序排列。

所述分形框架結構的局部與整體具有自相似性，各階正方形邊長比及每階邊長與其寬度比均保持常數。

所述分形框架結構包括尺寸由大到小的1～n階正方形，每階正方形的數量是前一階正方形數量的四倍，每階正方形的邊長是前一階正方形邊長的二分之一，每階正方形的邊的寬度是其邊長的十分之一，每階正方形中心與前一階正方形頂點重合且兩者對角線位于同一直線。

所述1～n階正方形的朝向外側的端面與所述噴嘴口的端面位于同一平面內，所述1～n階正方形沿所述噴嘴口軸線方向延伸的厚度均相等。

一種基于分形理論的正方形分形噴嘴的流動測量系統，其特征在于，包括依次連接的由變頻器控制的氣泵、蜂窩狀整流器、有機玻璃供氣管路和所述的基于分形理論的正方形分形噴嘴，所述蜂窩狀整流器與所述氣泵之間的水平段設有渦街流量計；

所述流動測量系統還包括三維坐標儀、位于所述三維坐標儀上的熱線探頭、熱線風速儀、數據采集卡和數據處理及控制器；

所述數據處理及控制器分別與所述變頻器，所述數據采集卡和所述三維坐標儀電連接，所述變頻器與所述氣泵電連接，所述熱線探頭與所述熱線風速儀電連接，所述熱線風速儀與所述數據采集卡電連接。

一種基于分形理論的正方形分形噴嘴的換熱測量系統，其特征在于，包括依次連接的由變頻器控制的氣泵、蜂窩狀整流器，有機玻璃供氣管路和所述的基于分形理論的正方形分形噴嘴，所述蜂窩狀整流器與所述氣泵之間的水平段設有渦街流量計；

所述換熱測量系統還包括三維坐標儀，固定于所述三維坐標儀上的內置熱電偶測溫探頭的換熱板、安捷倫采集器、數據采集卡和數據處理及控制器；

所述數據處理及控制器分別與所述變頻器，所述數據采集卡和所述三維坐標儀電連接，所述變頻器與所述氣泵電連接，所述內置熱電偶測溫探頭的換熱板與所述安捷倫采集器電連接，所述安捷倫采集器與所述數據采集卡電連接。

數據處理及控制器通過LabVIEW程序控制變頻器，以控制氣泵產生出口流量和風速可定的恒溫氣流。在距離氣泵出口1200mm水平段安裝渦街流量計，可以獲得氣體瞬時流量。氣流再通過蜂窩狀整流器和有機玻璃供氣管路，經基于分形理論的正方形分形噴嘴噴出，蜂窩狀整流器可以減少流體卷曲，進而降 低氣流湍流度，且可以減少湍流邊界層對速度的影響，使流動狀態更加穩定。熱線探頭(或內置測溫探頭)固定于三維坐標儀上，再通過數據采集卡將經過濾波和放大的模擬信號轉換成數字信號傳輸至數據處理及控制器(計算機)中。實驗所測流場范圍為X/De＝0～10。