專利名稱：噴射泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使流體移動(dòng)的方法及裝置。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及對(duì)于如下流體移動(dòng)器的改進(jìn)，該流體移動(dòng)器在從船舶推進(jìn)系統(tǒng)到用于移動(dòng)和/或混合具有相同或不同特性的流體和/或固體的泵吸應(yīng)用領(lǐng)域都有大量不同類型的實(shí)際應(yīng)用。本發(fā)明還涉及如下領(lǐng)域，其中包括加熱、烹調(diào)、清潔、通氣、氣體流態(tài)化、以及流體和流體/固體混合物的攪拌、顆粒分離、分類、碎解、混合、乳化、均化、分散、浸解、水化、霧化、液滴生成、粘度降低、稀釋、剪切稀化、觸變性流體的運(yùn)輸以及巴氏消毒。
更具體地，本發(fā)明涉及提供一種實(shí)質(zhì)上沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件的改進(jìn)型流體移動(dòng)器。
在利用中心或環(huán)形射流移動(dòng)工作流體或過(guò)程流體的領(lǐng)域，噴射器是眾所周知的，該射流將蒸汽射入管道中，以便于使流體移動(dòng)經(jīng)過(guò)合適的管道或者移動(dòng)到管道之外，或者使流體移動(dòng)到另一流體中或移動(dòng)通過(guò)另一流體。噴射器主要基于如下原理工作，即通常利用文丘里原理產(chǎn)生負(fù)壓從而引入流體。這類系統(tǒng)多數(shù)利用中心蒸汽噴嘴，其中被引入的流體通常垂直于射流的軸線進(jìn)入管道，但是也存在采用相反布置的例外情況。蒸汽射流通過(guò)擴(kuò)張式噴嘴加速進(jìn)入混合室，在這里蒸汽與工作流體撞擊并混合。工作流體與蒸汽的混合物在發(fā)散段例如文丘里管之前的下游會(huì)聚段內(nèi)被加速至更高速度。在文丘里管中產(chǎn)生的壓力梯度導(dǎo)致新的工作流體進(jìn)入混合室中。大多數(shù)蒸汽噴射系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)移機(jī)理是動(dòng)量轉(zhuǎn)移、熱量轉(zhuǎn)移和質(zhì)量轉(zhuǎn)移的組合，只是比例不同而已。很多此類系統(tǒng)使用與會(huì)聚流動(dòng)相關(guān)聯(lián)的動(dòng)量轉(zhuǎn)移，而其它系統(tǒng)涉及在發(fā)散段中產(chǎn)生冷激波。常規(guī)會(huì)聚/發(fā)散系統(tǒng)的一個(gè)主要局限在于，其性能對(duì)于冷激波的位置非常敏感，而冷激波的位置常常不穩(wěn)定，容易偏離最佳位置。公知的是，如果冷激波在會(huì)聚/發(fā)散段中的錯(cuò)誤位置形成，則相關(guān)單元(裝置)很可能會(huì)停止工作。另外，這種系統(tǒng)只能在有限的區(qū)段內(nèi)實(shí)現(xiàn)冷激波。
此外，對(duì)于利用中心蒸汽噴嘴的系統(tǒng)，影響工作流體的喉道尺寸限制和急劇方向變化對(duì)于微粒通過(guò)量的大小表現(xiàn)出嚴(yán)格的限制，當(dāng)然，任何可能進(jìn)入系統(tǒng)的粗大材料都可能導(dǎo)致堵塞。
在我們的國(guó)際專利申請(qǐng)No.PCT/GB2003/004400中描述了一種改進(jìn)型流體移動(dòng)器，其中一種或多種工作流體與從噴嘴裝置射出的攜帶流體(transport fluid)的相互作用提供了該一種或多種工作流體的泵吸、夾帶、混合、加熱、乳化和均化等。該流體移動(dòng)器將攜帶流體(通常為蒸汽)的環(huán)形超音速射流通過(guò)中空通道引入直徑相當(dāng)大的直管中。通過(guò)動(dòng)量轉(zhuǎn)移、高度剪切以及冷激波的產(chǎn)生的組合作用，高速蒸汽導(dǎo)致工作流體通過(guò)中空體的中心并且作用于工作流體上。
PCT/GB2003/004400描述，攜帶流體優(yōu)選為可冷凝流體并且可以為能夠以連續(xù)或非連續(xù)方式引入的氣體或蒸氣，例如為蒸汽。在攜帶流體的引入點(diǎn)處或該引入點(diǎn)附近，例如該引入點(diǎn)的緊下游處，產(chǎn)生假縮流(pseudo-vena contracta)或假會(huì)聚/發(fā)散段，這與常規(guī)蒸汽噴射器的會(huì)聚/發(fā)散段類似，但是不存在與其相關(guān)的物理限制，這是因?yàn)橄嚓P(guān)區(qū)段是通過(guò)蒸汽撞擊在工作流體或過(guò)程流體上的效應(yīng)而形成的緣故。因此，由于假縮流描述的柔性流體內(nèi)部邊界，該流體移動(dòng)器比常規(guī)噴射器更通用。柔性邊界位于中心的工作流體與單元的固壁之間，并且與固壁相比允許更好地適應(yīng)多相流中的擾動(dòng)或壓力波動(dòng)。這有利地降低多相流中的超音速，從而導(dǎo)致更好的液滴分散，增加動(dòng)量轉(zhuǎn)移區(qū)的長(zhǎng)度，從而產(chǎn)生更強(qiáng)的冷激波。
PCT/GB2003/004400還公開(kāi)，根據(jù)設(shè)置該流體移動(dòng)器的系統(tǒng)的具體需要，冷激波的位置和強(qiáng)度是變化并且可控的。該機(jī)理依賴于為實(shí)現(xiàn)其高通用性和高性能而產(chǎn)生的效應(yīng)的組合作用，包括顯著的熱量轉(zhuǎn)移、動(dòng)量轉(zhuǎn)移和質(zhì)量轉(zhuǎn)移，其導(dǎo)致產(chǎn)生冷激波并且還通過(guò)剪切分散和/或離解而連續(xù)地提供工作流體流動(dòng)的剪切。優(yōu)選的是，在實(shí)際中，噴嘴的位置盡可能靠近工作流體的射出面，在這方面，為了實(shí)現(xiàn)所需程度的相互作用，攜帶流體或蒸汽與工作流體流之間的刀緣分離(knife edge separation)是有利的。噴嘴關(guān)于工作流體流的角度取向是重要的，并且可以較小。
此外，PCT/GB2003/004400還公開(kāi)，所述或每個(gè)攜帶流體噴嘴在其內(nèi)部可以具有會(huì)聚-發(fā)散的幾何形狀，在實(shí)際中，噴嘴構(gòu)造成在通道內(nèi)產(chǎn)生攜帶流體的超音速流動(dòng)。對(duì)于給定的蒸汽條件，即，干度、壓力和溫度，噴嘴優(yōu)選構(gòu)造成提供蒸汽室與噴嘴出口之間的最高速度的蒸汽射流、最低的總壓降以及最高的靜焓。噴嘴優(yōu)選構(gòu)造成避免在噴嘴自身中產(chǎn)生任何沖擊。僅僅作為示例而非作為限制，噴嘴的最佳面積比(即，出口面積喉道面積)在1.75至7.5的范圍內(nèi)，夾角小于9°。
所述或每個(gè)噴嘴方便地朝向工作流體流傾斜，并且基本上面向流體移動(dòng)器的出口。這有助于攜帶流體穿透工作流體，從而有助于工作流體的剪切或熱分散。在反向溫差作用明顯的區(qū)域，這還可以避免通道壁上的動(dòng)能耗散以及通道壁上過(guò)早的蒸汽冷凝。選擇噴嘴的角度取向，從而獲得最佳性能，其中該最佳性能取決于噴嘴的取向以及混合室的內(nèi)部幾何形狀。另外，選擇所述或每個(gè)噴嘴的角度取向，以便根據(jù)流體移動(dòng)器所需的壓力和流速控制假會(huì)聚/發(fā)散輪廓、混合室內(nèi)的壓力分布、焓增以及冷激波的強(qiáng)度或位置。此外，通過(guò)將工作流體分散到蒸氣液滴相中以便于通過(guò)動(dòng)量轉(zhuǎn)移提高加速度，紊亂的產(chǎn)生對(duì)于實(shí)現(xiàn)最佳性能是重要的，其中紊亂的產(chǎn)生主要由噴嘴的角度取向決定。當(dāng)流體移動(dòng)器用作泵時(shí)，這一點(diǎn)特別重要。舉例來(lái)說(shuō)，但是并非作為限制，在本發(fā)明中本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于工作流體的流動(dòng)方向，所述或每個(gè)噴嘴的角度取向可以位于0°至30°的范圍內(nèi)。
與各個(gè)混合室段相連的一系列噴嘴可以沿通道的縱向設(shè)置，并且在該情況下，噴嘴可以具有不同的角度取向，例如角度取向從第一噴嘴朝著下游方向減小。每個(gè)噴嘴可以具有與其它一個(gè)或多個(gè)噴嘴不同的功能，例如泵吸、混合、碎解，并且在實(shí)際中可以選擇性地進(jìn)行操作。每個(gè)噴嘴可以構(gòu)造成對(duì)工作流體產(chǎn)生期望的效應(yīng)。此外，在多噴嘴系統(tǒng)中，通過(guò)引入攜帶流體例如蒸汽，可以實(shí)現(xiàn)階段加熱。該方法對(duì)于提供工作流體的逐漸加熱可能是令人期望的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是通過(guò)增強(qiáng)高速攜帶流體與工作流體之間的能量轉(zhuǎn)移機(jī)理而改進(jìn)流體移動(dòng)器的性能。這改進(jìn)實(shí)質(zhì)上沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件的流體移動(dòng)器的性能，該流體移動(dòng)器具有比目前可以獲得的流體移動(dòng)器更佳的性能，而不存在任何如上述專利文獻(xiàn)中所提到的現(xiàn)有技術(shù)中舉例說(shuō)明的收縮。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，流體移動(dòng)器包括中空本體，其設(shè)置有橫截面基本恒定的直通通道，在所述通道的一端具有入口，在所述通道的另一端具有出口，所述入口和出口分別用于工作流體的進(jìn)入和排出；噴嘴，其基本環(huán)繞所述通道并且在所述通道的入口端和出口端中間通入所述通道；入口，其與所述噴嘴連通，用于引入攜帶流體；以及混合室，其在所述噴嘴的下游形成于所述通道內(nèi)；所述噴嘴的內(nèi)部幾何形狀以及所述噴嘴出口的緊上游處的孔輪廓設(shè)置并構(gòu)造成這樣，即，優(yōu)化所述攜帶流體與所述工作流體之間的能量轉(zhuǎn)移，使得在使用中通過(guò)引入所述攜帶流體，使一種或多種工作流體霧化以形成在假縮流中存在局部超音速流條件的分散蒸氣/液滴流態(tài)，從而通過(guò)冷凝所述攜帶流體而導(dǎo)致在下游的所述混合室中產(chǎn)生超音速冷激波。
攜帶流體優(yōu)選為可冷凝的流體，可以為能夠以連續(xù)或非連續(xù)方式引入的氣體或蒸氣例如蒸汽。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，我們的上述專利申請(qǐng)中所述類型的流體移動(dòng)器包括中空本體，其設(shè)置有橫截面基本恒定的直通通道，在所述通道的一端具有入口，在所述通道的另一端具有出口，所述入口和出口分別用于工作流體的進(jìn)入和排出；噴嘴，其基本環(huán)繞所述通道并且在所述通道的入口端和出口端中間通入所述通道；入口，其與所述噴嘴連通，用于引入蒸汽；以及混合室，其在所述噴嘴的下游形成于所述通道內(nèi)；所述噴嘴的內(nèi)部幾何形狀以及所述噴嘴出口的緊上游處的孔輪廓設(shè)置并構(gòu)造成這樣，即，優(yōu)化所述蒸汽與所述工作流體之間的能量轉(zhuǎn)移，使得在使用中通過(guò)引入所述蒸汽，使一種或多種工作流體霧化以形成在假縮流中存在局部超音速流條件的分散蒸氣/液滴流態(tài)，從而通過(guò)所述蒸汽的冷凝而導(dǎo)致在下游的所述混合室中產(chǎn)生超音速冷激波。
所述噴嘴可以具有與通道的形狀相應(yīng)的形式，例如圓形通道將有利地設(shè)置有環(huán)繞通道的環(huán)形噴嘴。用在本文中的術(shù)語(yǔ)“環(huán)形”被認(rèn)為包括環(huán)繞流體移動(dòng)器的通道的一個(gè)或多個(gè)噴嘴的任何構(gòu)造，包括圓形、非規(guī)則形狀、多邊形以及矩形形狀的噴嘴。用在本文中的術(shù)語(yǔ)“環(huán)繞的”或“環(huán)繞”被認(rèn)為不僅包括圍繞通道的連續(xù)噴嘴，而且包括具有兩個(gè)或更多個(gè)部分或完全圍繞通道的噴嘴出口的非連續(xù)噴嘴。
所述或每個(gè)噴嘴在其內(nèi)部具有會(huì)聚-發(fā)散幾何形狀，實(shí)際上，噴嘴構(gòu)造成在通道內(nèi)產(chǎn)生攜帶流體的超音速流動(dòng)。對(duì)于給定的蒸汽條件，即干度、壓力和溫度，噴嘴優(yōu)選構(gòu)造成提供蒸汽室與噴嘴出口之間的最高速度的蒸汽射流、最低的總壓降以及最高的焓。
混合室中的冷凝分布(condensation profile)確定噴嘴上的膨脹率分布。在相對(duì)較低工作流體溫度以冷凝為主要形式的情況下，攜帶流體噴嘴的出口壓力較低。當(dāng)工作流體的總體溫度較高時(shí)，攜帶流體噴嘴的出口壓力更高。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，一種移動(dòng)工作流體的方法包括為工作流體提供流體移動(dòng)器，所述流體移動(dòng)器具有橫截面基本恒定的直通通道，通過(guò)環(huán)形噴嘴對(duì)所述通道施加基本環(huán)繞的攜帶流體流，使所述工作流體霧化，以形成具有局部超音速流條件的分散蒸汽液滴流態(tài)，通過(guò)所述攜帶流體的冷凝在所述噴嘴下游的通道內(nèi)產(chǎn)生超音速冷激波，引導(dǎo)所述工作流體從所述通道的入口到所述通道的出口流動(dòng)以通過(guò)所述通道，以及調(diào)節(jié)步驟，其調(diào)節(jié)所述冷激波以改變從所述出口排出的工作流體。
優(yōu)選的是，所述調(diào)節(jié)步驟包括調(diào)節(jié)冷激波的強(qiáng)度。作為選擇或者除調(diào)節(jié)冷激波的強(qiáng)度之外，所述調(diào)節(jié)步驟包括調(diào)節(jié)冷激波的位置。
噴嘴的緊上游處的孔輪廓優(yōu)選構(gòu)造成促進(jìn)工作流體的霧化。優(yōu)選的是，在噴嘴的緊上游處在工作流體流動(dòng)中引入不穩(wěn)定性。
所述或每個(gè)噴嘴優(yōu)選最佳地構(gòu)造成與具體的工作流體、上游壁的輪廓外形以及混合室的幾何形狀協(xié)同起作用。噴嘴、上游壁輪廓外形以及混合室的組合構(gòu)造成促進(jìn)工作流體的霧化，從而產(chǎn)生具有局部超音速流條件的蒸氣/液滴混合流。通過(guò)使攜帶流體與工作流體之間的表面接觸最大化，而增強(qiáng)局部紊亂、壓力梯度以及流體之間的動(dòng)量轉(zhuǎn)移速率和熱量轉(zhuǎn)移速率，這促進(jìn)下游冷激波的形成。
所述或每個(gè)噴嘴優(yōu)選地構(gòu)造成與具體的工作流體、上游壁的輪廓外形以及混合室協(xié)同起作用，以提供最佳噴嘴出口壓力。由于攜帶流體減速引起的初始?jí)毫謴?fù)，與由于冷凝而引起的下游壓降一起，用于確保將噴嘴膨脹率調(diào)節(jié)為增強(qiáng)工作流體的霧化與動(dòng)量轉(zhuǎn)移。
通過(guò)改變攜帶流體的供應(yīng)壓力、噴嘴的膨脹率以及混合室的中間區(qū)域中的冷凝分布，可以控制所述或每個(gè)噴嘴的出口速度。可以控制噴嘴的出口速度以提高混合室的中間區(qū)域中的動(dòng)量通量率M，其中M由以下等式定義M≡(ρs×Us2)(ρf×Uf2)]]>其中ρ＝流體密度U＝流體速度下標(biāo)s表示攜帶流體下標(biāo)f表示工作流體在本發(fā)明中，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，所述或每個(gè)噴嘴的最佳動(dòng)量通量率M位于2≤M≤70的范圍內(nèi)。例如，當(dāng)使用蒸汽作為攜帶流體時(shí)，假如工作流體具有較高的含水量，所述或每個(gè)噴嘴的M位于5≤M≤40的范圍內(nèi)。
所述或每個(gè)噴嘴構(gòu)造成提供軸向、徑向以及切向速度分量的期望組合。正是該軸向、徑向以及切向分量的組合影響工作流體流的初始紊亂破碎(霧化)以及壓力梯度。
攜帶流體與工作流體之間的相互作用導(dǎo)致工作流體的霧化，該相互作用通過(guò)流動(dòng)不穩(wěn)定性來(lái)增強(qiáng)。不穩(wěn)定性促進(jìn)液滴從工作流體的核心流的接觸表面剝除。攜帶流體與工作流體之間的紊亂消散層在流體上以及力學(xué)上(幾何形狀)上得到促進(jìn)，從而確保快速的核心流消散。假縮流是該液滴霧化區(qū)所產(chǎn)生的效果。
所述或每個(gè)噴嘴上游的流動(dòng)通道的內(nèi)壁可以具有特定的形狀，以提供當(dāng)工作流體與攜帶流體接觸時(shí)工作流體外表面的軸向、徑向以及切向速度分量的組合。在其它因素中，正是這些速度分量的組合影響當(dāng)工作流體與攜帶流體接觸時(shí)工作流體的初始紊亂破碎(霧化)以及壓力梯度。
在最佳工作條件下，工作流體核的碎解或霧化非常快。整個(gè)孔上的碎解通常在噴嘴出口下游近似相當(dāng)于0.66D的距離內(nèi)(但是不限于此)發(fā)生于混合室內(nèi)。在不同的非最佳的工作條件下，混合室的整個(gè)孔上的碎解仍然可能在噴嘴出口下游相當(dāng)于1.5D的距離內(nèi)(但是不限于此)發(fā)生，其中D是通過(guò)流體移動(dòng)器的中心的孔的名義直徑。
在流動(dòng)中出現(xiàn)再循環(huán)。在存在攜帶流體的切向速度分量的情況下，再循環(huán)尤其明顯?；旌鲜覂?nèi)產(chǎn)生的徑向壓力梯度是產(chǎn)生該流動(dòng)現(xiàn)象的原因，該流動(dòng)現(xiàn)象促進(jìn)孔上的完全和快速的流動(dòng)分散特性。
當(dāng)部分建立假縮流時(shí)，即沿著混合室邊界主要為蒸氣液滴流時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生該效果。局部壓力梯度將流動(dòng)物向外拉，從而產(chǎn)生攜帶流體噴嘴出口下游(通常在下游的1倍直徑和2倍直徑之間)的區(qū)域，在這里，工作流體的軸向流動(dòng)分量停滯并且甚至可能在中心線上，即流動(dòng)區(qū)的中心變?yōu)榉聪颉?br> 再循環(huán)在一些應(yīng)用諸如乳化等中具有特定的益處。
可以沿著通道的縱向設(shè)置一系列與各個(gè)混合室段關(guān)聯(lián)的噴嘴，在該情況下，噴嘴可以具有不同的角度取向，例如角度取向從第一噴嘴朝著下游方向減小。每個(gè)噴嘴可以具有彼此不同的功能，例如泵吸、混合、碎解或乳化，并且可以在應(yīng)用中選擇性地投入工作。每個(gè)噴嘴可以構(gòu)造成對(duì)工作流體產(chǎn)生期望的效果。此外，在多噴嘴系統(tǒng)中，通過(guò)引入攜帶流體例如蒸汽，可以實(shí)現(xiàn)階段加熱。該方法對(duì)于為工作流體提供逐步加熱、增強(qiáng)的霧化、壓力梯度分布或組合效果例如增強(qiáng)乳化等可能是令人期望的。
另外，流動(dòng)通道位于所述或每個(gè)噴嘴出口的緊上游處的內(nèi)壁可以具有特定的形狀，以便在工作流體與從所述或每個(gè)噴嘴噴出的攜帶流體相互作用之前為工作流體提供不同程度的紊亂。
混合室的幾何形狀由期望的設(shè)計(jì)輸出性能確定，并且與設(shè)計(jì)的攜帶流體條件以及噴嘴幾何形狀相匹配。在這一方面，可以認(rèn)識(shí)到，充分考慮到流體移動(dòng)器的定義功能，在各種幾何特征及其對(duì)性能的影響之間存在組合效果，即在各種設(shè)計(jì)以及性能參數(shù)之間存在相互作用。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，一種處理工作流體的方法包括為工作流體提供流體移動(dòng)器，所述流體移動(dòng)器具有橫截面基本恒定的直通通道，通過(guò)環(huán)形噴嘴對(duì)所述通道施加基本環(huán)繞的攜帶流體流，使所述工作流體霧化，以形成具有局部超音速流條件的分散蒸汽液滴流態(tài)，通過(guò)所述攜帶流體的冷凝在所述噴嘴下游的通道內(nèi)產(chǎn)生超音速冷激波，所述冷激波的位置在平衡流的情況下保持基本上恒定，引導(dǎo)所述工作流體從所述通道的入口到所述通道的出口流動(dòng)以通過(guò)所述通道，以及改變參數(shù)的步驟，其改變所述冷激波的位置，以改變從所述出口排出的工作流體。
改變冷激波的位置優(yōu)選通過(guò)改變一組參數(shù)中至少之一來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述一組參數(shù)包括工作流體的入口溫度、工作流體的流速、工作流體的入口壓力、工作流體的出口壓力、添加于工作流體的流體添加物的流速、添加于工作流體的流體添加物的入口壓力、添加于工作流體的流體添加物的出口壓力、添加于工作流體的流體添加物的溫度、攜帶流體進(jìn)入通道的角度、攜帶流體的入口溫度、攜帶流體的流速、攜帶流體的入口壓力、通道位于噴嘴下游處的內(nèi)部尺寸以及通道位于噴嘴上游處的內(nèi)部尺寸。
當(dāng)用于描述通道時(shí)，術(shù)語(yǔ)“直通”包括具有穿過(guò)其中的無(wú)阻流動(dòng)路徑的任何通道，包括曲形通道。
流體添加物可以為氣態(tài)或液態(tài)的。流體添加物不是本發(fā)明的關(guān)鍵要素，但是在某些情況下可能非常有益。流體添加物可以包括干燥形式的或懸浮于流體中的粉末。
所述改變參數(shù)的步驟可以包括在多種攜帶流體之間或者多種流體添加物之間切換。
本發(fā)明的改進(jìn)可以應(yīng)用于上述專利的流體移動(dòng)器，并改進(jìn)其在上述專利中所述的多種應(yīng)用場(chǎng)合中的應(yīng)用。這些應(yīng)用場(chǎng)合包括從用作流體處理器(包括泵吸、混合、加熱、均化等)到船舶推進(jìn)，在船舶推進(jìn)應(yīng)用中流體移動(dòng)器浸入流體中，即浸入海水或湖水或其它水體中。在流體處理應(yīng)用中，可以處理多種工作流體，可處理的工作流體包括液體、帶有懸浮固體的液體、漿料、油泥等。該流體移動(dòng)器的直通通道的優(yōu)勢(shì)在于，其可以適應(yīng)能夠經(jīng)過(guò)通道的材料。
本發(fā)明的流體移動(dòng)器還可以用于增強(qiáng)混合、分散或水化，并且剪切機(jī)理、液滴形成和冷激波的存在所構(gòu)成的組合提供實(shí)現(xiàn)期望結(jié)果的機(jī)理。在這點(diǎn)上，流體移動(dòng)器可以用于混合一種或多種流體、一種或多種流體以及顆粒形式的固體，例如粉末。流體可以為液態(tài)或氣態(tài)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)混合液體與顆粒形式的粉末時(shí)，即使粉末為難以潤(rùn)濕的材料例如作為增稠劑的黃蓍膠，使用本發(fā)明也可以獲得均勻的混合物。
可以使用至少一個(gè)流體移動(dòng)器以分批模式，或者通過(guò)根據(jù)需要使用一個(gè)或多個(gè)流體移動(dòng)器以串聯(lián)式或連續(xù)構(gòu)造，進(jìn)行工作流體的處理，例如加熱、定量給料、混合、分散、乳化等。
本發(fā)明的另一種應(yīng)用是乳化，即通過(guò)混合兩種或更多種彼此不可溶的液體而形成懸浮物，也就是說(shuō)一種液體(內(nèi)相)的小液滴懸浮于其它液體(外相)中?？梢栽诓淮嬖诒砻婊钚詣┗旌衔锏那闆r下進(jìn)行乳化，但是在需要的情況下也可以使用。另外，由于本發(fā)明的直通性質(zhì)，對(duì)于可以處理的顆粒的粒徑不存在限制，在進(jìn)行乳化的同時(shí)允許粒徑大至單元孔徑的顆粒通過(guò)。
該流體移動(dòng)器還可以用于碎解，例如在造紙工業(yè)中用于碎解紙漿。典型實(shí)例是在紙循環(huán)中，其中廢紙或碎片與水混合并且通過(guò)流體移動(dòng)器。加熱、高強(qiáng)度剪切機(jī)理、蒸氣液滴流中的低壓區(qū)以及冷激波的組合使紙纖維快速水化，并且浸解紙片和將紙片碎解成更小的尺寸。在試驗(yàn)中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)一直碎解至單纖維。同樣，該流體移動(dòng)器可以用于脫墨處理，其中在紙漿通過(guò)流體移動(dòng)器時(shí)加熱和剪切有助于從紙漿中去除墨。
本發(fā)明的直通性質(zhì)具有另外的益處，即當(dāng)流體移動(dòng)通過(guò)時(shí)，該流體移動(dòng)器提供非常小的流動(dòng)限制，因此壓降可忽略。在流體移動(dòng)器位于過(guò)程管道中并且流體被泵吸通過(guò)該流體移動(dòng)器的應(yīng)用中，這一點(diǎn)尤其重要，例如如下情況，當(dāng)本發(fā)明的流體移動(dòng)器因?yàn)閿y帶流體的供應(yīng)減少或中斷而“切斷”時(shí)。另外，直通通道和無(wú)阻孔對(duì)于可以用于清潔管道的“清管器”或其它類似裝置沒(méi)有阻礙。


下面將參照附圖更好地描述能量轉(zhuǎn)移機(jī)理，描述集中于因?yàn)樵鰪?qiáng)的剪切機(jī)理而導(dǎo)致的攜帶流體與工作流體之間的動(dòng)量轉(zhuǎn)移。作為示例，下面將參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明的可以用于增強(qiáng)該能量轉(zhuǎn)移機(jī)理的幾何特征的八個(gè)實(shí)施例，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的流體移動(dòng)器的橫截面圖；圖2是圖1所示剪切機(jī)理的放大圖；圖3是第一實(shí)施例的橫截面圖；圖4是第二實(shí)施例的橫截面圖；圖5是第三實(shí)施例的橫截面圖；圖6是第四實(shí)施例的橫截面圖；圖7是第五實(shí)施例的橫截面圖；圖8是第六實(shí)施例的橫截面圖；圖9是第七實(shí)施例的橫截面圖；圖10是通過(guò)本發(fā)明流體移動(dòng)器的流態(tài)的示意性剖視圖；
圖11是本發(fā)明流體移動(dòng)器在使用中的示意圖；圖12a至圖12c是示意圖，顯示在三種不同的工作條件下本發(fā)明流體移動(dòng)器中的壓力；圖13是示意圖，顯示通過(guò)本發(fā)明流體移動(dòng)器的截面，以及在兩個(gè)不同的冷激波位置處流體移動(dòng)器中的壓力分布；以及圖14a和圖14b是通過(guò)本發(fā)明流體移動(dòng)器的第八實(shí)施例的局部橫截面圖。
具體實(shí)施例方式
在說(shuō)明書中相同的部件使用相同的參考標(biāo)記表示。
參照?qǐng)D1，該圖顯示包括外殼2的流體移動(dòng)器1，該外殼限定提供入口4和出口5的通道3，通道3具有基本恒定的圓形橫截面。
外殼2包括用于引入攜帶流體的增壓室8，增壓室8設(shè)置有入口10。增壓室的末端呈錐形并且限定環(huán)形噴嘴16。噴嘴16與增壓室8流體連通。噴嘴16形成為在使用中產(chǎn)生超音速流。
在工作中，入口4與過(guò)程流體源或工作流體源相連。將蒸汽通過(guò)入口10和增壓室8引入流體移動(dòng)器1，從而導(dǎo)致蒸汽射流通過(guò)噴嘴16向前噴出。從噴嘴16噴出的蒸汽與用作混合室(3A)的通道段中的工作流體相互作用。在工作中，冷激波17在混合室(3A)中產(chǎn)生。
在工作中，從噴嘴噴出的蒸汽射流導(dǎo)致工作流體通過(guò)通道3，通道3因?yàn)槠渲蓖ㄝS向路徑并且不存在任何收縮，于是提供了尺寸基本上恒定的孔，該孔對(duì)于流動(dòng)不表現(xiàn)出障礙。在由蒸汽和幾何條件以及熱量和質(zhì)量轉(zhuǎn)移速率確定的某些點(diǎn)處，蒸汽冷凝，從而導(dǎo)致壓力降低。蒸汽冷凝在產(chǎn)生冷激波之前不久開(kāi)始，并且以指數(shù)方式增大，最終形成冷激波17本身。
在產(chǎn)生冷激波之前不久產(chǎn)生于冷激波的初始階段中的低壓導(dǎo)致通過(guò)通道3強(qiáng)勁地引入流體。壓力在產(chǎn)生冷激波中和產(chǎn)生冷激波之后快速升高。冷激波因此表現(xiàn)出明顯的壓力邊界/梯度。
選擇與噴嘴、上游壁輪廓以及混合室的幾何特征相關(guān)聯(lián)的蒸汽參數(shù)特征，用于獲得從蒸汽到工作流體的最佳能量轉(zhuǎn)移。第一能量轉(zhuǎn)移機(jī)理是導(dǎo)致工作流體霧化的動(dòng)量轉(zhuǎn)移和質(zhì)量轉(zhuǎn)移。該能量轉(zhuǎn)移機(jī)理通過(guò)紊亂得到增強(qiáng)。
圖1示意性顯示工作流體核的破碎或霧化機(jī)理18。
圖2顯示由攜帶流體引起工作流體的剪切和霧化機(jī)理18的放大示意圖。可以認(rèn)為，該機(jī)理可以細(xì)分為三個(gè)不同的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域由所建立的紊亂機(jī)理所控制。第一區(qū)20經(jīng)歷攜帶流體與工作流體之間的第一相互作用。工作流體的表面接觸層中的開(kāi)爾文-亥姆霍茲(Kelvin-Helmholtz)不穩(wěn)定性可以在該區(qū)域中開(kāi)始產(chǎn)生。這些不穩(wěn)定性由于剪切條件、壓力梯度以及速度波動(dòng)而產(chǎn)生，從而導(dǎo)致瑞利-泰勒(Rayleigh-Taylor)韌帶破碎(ligament break-up)(又稱為第二區(qū))24。流體表面波中的二階渦流在尺寸上可以減小至柯?tīng)柲缰Z夫(Kolmogorov)渦流22的級(jí)別?？梢哉J(rèn)為，與瑞利-泰勒韌帶破碎相關(guān)聯(lián)，這些渦流的形成導(dǎo)致形成工作流體的小液滴28。
液滴形成階段還可以導(dǎo)致緊跟隨韌帶破碎區(qū)的局部再循環(huán)區(qū)26。該再循環(huán)區(qū)可以通過(guò)使較大的液滴再次返回到高度剪切區(qū)中而進(jìn)一步增強(qiáng)流體霧化。作為局部壓力梯度的一個(gè)特征，該再循環(huán)可以經(jīng)由攜帶流體的軸向、切向和徑向速度和壓力分量來(lái)控制。可以認(rèn)為，其中該機(jī)理特別增強(qiáng)流體移動(dòng)器的混合、乳化和泵吸能力。
因此，通過(guò)產(chǎn)生工作流體流動(dòng)中的初始不穩(wěn)定性，可以增強(qiáng)工作流體核的主破碎機(jī)理。在攜帶流體/工作流體相互作用層中特意產(chǎn)生的不穩(wěn)定性促進(jìn)流體表面紊亂耗散，從而導(dǎo)致工作流體核分散到后面跟隨韌帶液滴區(qū)的液體韌帶區(qū)中，在韌帶液滴區(qū)中韌帶和液滴仍然經(jīng)歷由于空氣動(dòng)力學(xué)特性而產(chǎn)生的碎解。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3，圖1和圖2所示的流體移動(dòng)器在蒸汽噴嘴16出口緊上游處的區(qū)域(又稱為內(nèi)壁)19中設(shè)置有具有特定形狀的內(nèi)壁。流動(dòng)通道3位于噴嘴16的緊上游處的內(nèi)壁設(shè)置有錐形壁(又稱為發(fā)散段)30，從而提供延伸至蒸汽噴嘴16的出口的發(fā)散輪廓。除了反向的壓力梯度之外，發(fā)散壁的幾何形狀提供局部流動(dòng)的減速，從而為邊界層流動(dòng)提供破裂，這轉(zhuǎn)而導(dǎo)致在這部分工作流體流動(dòng)中產(chǎn)生和傳播紊亂。由于該紊亂在緊接工作流體與攜帶流體之間的相互作用之前產(chǎn)生，于是該區(qū)域中引發(fā)的不穩(wěn)定性增強(qiáng)開(kāi)爾文-亥姆霍茲不穩(wěn)定性，因此，更快速地出現(xiàn)如前面說(shuō)明部分所預(yù)言的韌帶和液滴形成。
可選實(shí)施例示于圖4中。同樣，圖1和圖2所示的流體移動(dòng)器在流動(dòng)通道3位于噴嘴16的出口緊上游處設(shè)置有具有特定形狀的內(nèi)壁19。該實(shí)施例中的特定形狀的表面由孔表面上的發(fā)散段30提供，該發(fā)散壁延伸至蒸汽噴嘴16的出口，但是在錐形部分之前設(shè)置有臺(tái)階32。在使用中，該臺(tái)階導(dǎo)致在錐形段之前孔的直徑突然增大。臺(tái)階“絆倒”流動(dòng)，從而導(dǎo)致在緊接工作流體與從蒸汽噴嘴16噴出的蒸汽相互作用之前在發(fā)散段內(nèi)的工作流體中出現(xiàn)渦流和紊流。這些渦流增強(qiáng)了導(dǎo)致韌帶形成和快速流體錐分散的初始波不穩(wěn)定性。
錐形發(fā)散段30可以在一定的角度范圍內(nèi)呈錐形，并且可以與孔的壁平行。甚至可以想到，發(fā)散段30可以呈錐形，以提供會(huì)聚的幾何形狀，漸縮至與蒸汽噴嘴16相交的位置處的直徑，該直徑優(yōu)選不小于孔的直徑。
圖4所示實(shí)施例顯示為初始臺(tái)階32與孔3的軸線成90°角。作為該構(gòu)造的一種替代形式，臺(tái)階32的角度可以顯示出適合于“絆倒”流動(dòng)的更小或更大的角度。同樣，發(fā)散段30可以以不同的角度呈錐形，甚至可以與孔3的壁平行。作為選擇，發(fā)散段30可以呈錐形，以提供會(huì)聚的幾何形狀，漸縮至與蒸汽噴嘴16相交的位置處的直徑，該直徑優(yōu)選不小于孔的直徑。
圖5至圖8示出可選的具有特定形狀的外形輪廓的實(shí)例。全部這些實(shí)例都是期望在緊接工作流體與從噴嘴16噴出的攜帶流體相互作用之前在工作流體流動(dòng)中產(chǎn)生紊亂。
圖5和圖6所示的實(shí)施例包括位于錐形或平行段30的緊前面的單個(gè)或多個(gè)三角形橫截面的凹槽34、36，該錐形或平行段轉(zhuǎn)而位于蒸汽噴嘴16的出口的緊前面。
圖7和圖8所示的實(shí)施例包括位于蒸汽噴嘴16的出口上游較短距離處的單個(gè)或多個(gè)三角形橫截面的凹槽38和/或正方形橫截面的凹槽40。這些實(shí)施例顯示為在凹槽之后沒(méi)有錐形發(fā)散段。
盡管圖1至圖8示出凹槽和錐形段的幾種組合，但是，可以想到，也可以使用這些特征的任何組合或任何其它的凹槽橫截面形狀。
錐形段30和/或臺(tái)階32和/或凹槽34、36、38、40可以圍繞孔實(shí)質(zhì)上為連續(xù)的或非連續(xù)的。例如，一系列錐形段和/或凹槽和/或臺(tái)階可以以分段或“鋸齒”布置方式圍繞孔的外周布置。
下面將參照?qǐng)D10更詳細(xì)地描述本發(fā)明的流體移動(dòng)器中的流態(tài)的本質(zhì)。
攜帶流體(通常為蒸汽80)以超音速通過(guò)噴嘴16進(jìn)入。無(wú)論在何處使用術(shù)語(yǔ)“蒸汽”，都理解為該術(shù)語(yǔ)還可以適用于其它攜帶流體。工作流體(通常為液體82)以亞音速流入入口4。在噴嘴16處存在亞音速液核84，該亞音速液核由蒸汽80與分散區(qū)88之間通常猛烈的或者湍急的錐形界面限定邊界。當(dāng)蒸汽80離開(kāi)噴嘴16，蒸汽表現(xiàn)出局部沖擊膨脹波86，并且形成假縮流90。液核加速分散(或離解)區(qū)88以局部超音速流入蒸氣液滴區(qū)92，在該蒸氣液滴區(qū)，蒸氣為蒸汽并且液滴為工作流體。在超音速冷凝區(qū)(超音速低密度區(qū))94和亞音速冷凝區(qū)96中產(chǎn)生冷凝。當(dāng)局部超音速冷凝區(qū)94中引發(fā)的冷凝達(dá)到指數(shù)級(jí)時(shí)，產(chǎn)生冷激波17。位于冷激波17緊后面的區(qū)域96具有高得多的密度，因此為亞音速的。冷激波17于是限定這兩種密度之間的界面。
在冷凝區(qū)96之后的液相98中存在小的蒸氣泡。可以通過(guò)調(diào)節(jié)本文所述的多個(gè)參數(shù)中之一而在距離L上控制冷激波的位置。
主液核的破碎和分散產(chǎn)生液滴蒸氣區(qū)。主液錐面18上的任何液體不穩(wěn)定性被放大而形成“波”。這些波被進(jìn)一步拉長(zhǎng)以形成經(jīng)歷瑞利-泰勒破碎的韌帶，從而導(dǎo)致形成小液滴28、分離的韌帶24以及較大的液滴。
因此，第二區(qū)24的特征在于有效流體表面積的快速增大。然后，這些具有不同尺寸的液滴28經(jīng)歷幾種空氣動(dòng)力學(xué)及熱效應(yīng)，這最終導(dǎo)致液滴28破碎成反映該區(qū)域中的紊亂程度的尺寸。這導(dǎo)致限定流體移動(dòng)器中的流態(tài)的蒸氣液滴區(qū)。
粘性子層的厚度向下游增加，從而最終延伸穿過(guò)整個(gè)孔，這些粘性子層包括高速蒸氣/氣體以及液滴或韌帶形式的局部夾帶液體。由于流動(dòng)實(shí)質(zhì)上具有蒸氣液滴一致性，該區(qū)域中的紊亂因?yàn)榧羟?速度梯度)和渦流(大尺度至柯?tīng)柲缰Z夫尺度)而產(chǎn)生。在氣體/液體分界面中存在高度剪切。
因?yàn)檫M(jìn)一步的顆粒破碎，在該第二區(qū)24中轉(zhuǎn)移大量能量。由于剪切力和熱不連續(xù)性導(dǎo)致液滴變得更小，于是發(fā)生質(zhì)量轉(zhuǎn)移。壓力降低，并且液滴蒸發(fā)，以便于保持流動(dòng)平衡。由于達(dá)到平衡條件，于是發(fā)生熱轉(zhuǎn)移，從而確保在通道3的混合段中發(fā)生液體蒸氣相轉(zhuǎn)變以及反向轉(zhuǎn)變。在第二區(qū)中，空隙率存在非?？焖俚脑黾?。
α=AgATot]]>其中α＝空隙率Ag＝氣相(分散錐)的面積ATot＝泵流的總面積因此，由于液滴/韌帶進(jìn)一步分散，一定體積中的快速增加顯然將導(dǎo)致更大的空隙率。隨后，由于流動(dòng)條件開(kāi)始接近平衡狀態(tài)，并且由于混合室內(nèi)的幾何形狀，蒸氣流被促使為遵循朝向空氣動(dòng)力學(xué)和冷激波的冷凝分布，這是非平衡及熵產(chǎn)生區(qū)。
冷激波因?yàn)閺亩嗔黧w混合物到蒸氣相完全冷凝的基本單相流體的快速改變而產(chǎn)生。因?yàn)樵谡魵庖旱位旌衔镏胁⒎俏ㄒ坏夭淮嬖谝羲伲虼丝梢援a(chǎn)生動(dòng)量、質(zhì)量和能量的非平衡和平衡交換。為了獲得正冷激波，混合室內(nèi)蒸氣混合物的速度必須保持在由平衡音速限定的某一值之上。對(duì)于蒸氣速度大于凍結(jié)音速或者蒸氣混合物的速度位于平衡音速與凍結(jié)音速之間的情況，這導(dǎo)致分散或局部分散的冷激波。這兩個(gè)漸近音速(asymptotic sonic speed)是ae＝平衡沖擊速度。這是每一種流體處于其正確的平衡條件(即，蒸氣為蒸氣，液體為液體)時(shí)的速度。
af＝凍結(jié)沖擊速度。這主要因?yàn)椤皽蟆毙?yīng)而產(chǎn)生，以至于一些流體不處于其正確的相中，例如局部溫度和壓力指示蒸氣應(yīng)該轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w，但是相變還沒(méi)有發(fā)生。
af和ae如下定義af=γ·Rv·Ts]]>ae=χ·γ·Rv·Tsγ[1-Rv·Tshfg(2-c·Tshfg)]]]>其中c=Cpv+(1-ϵϵ)Cpf]]>γ＝比熱的比率(蒸氣和流體)Rv＝蒸氣相(蒸汽)的氣體常數(shù)Ts＝混合物(蒸氣和流體)的飽和溫度Cp＝比熱Hfg＝蒸發(fā)潛熱χ＝初始蒸氣干度ε＝蒸氣組分(氣體/液體)下標(biāo)v，表示蒸氣(蒸汽)下標(biāo)f，表示流體(例如，液體)當(dāng)蒸氣相與液滴之間的質(zhì)量、動(dòng)量和能量的界面輸運(yùn)完全凍結(jié)時(shí)，也就是當(dāng)液滴不參與流體力學(xué)過(guò)程時(shí)，凍結(jié)流產(chǎn)生。
當(dāng)蒸氣和液體的速度和溫度處于平衡時(shí)，產(chǎn)生平衡流，并且由于蒸氣，局部壓力等于與流動(dòng)溫度對(duì)應(yīng)的飽和壓力。
通過(guò)進(jìn)一步細(xì)分為三個(gè)子區(qū)可以更好地理解第二流態(tài)。
第二流態(tài)的第一子區(qū)是液滴破碎子區(qū)。在第一區(qū)中，液核被剝除以形成液滴蒸氣區(qū)，并且是位于表面上的韌帶和液滴被剝除，與第一區(qū)中一樣，在第二區(qū)中存在對(duì)這些分離韌帶的進(jìn)一步破碎或分散，并且還存在液滴的破碎，其特性在湍流區(qū)中是不穩(wěn)定的。造成第二區(qū)中的破碎的主要機(jī)理在于，因?yàn)檎魵夂鸵后w之間的滑移速度而導(dǎo)致的液滴加速或動(dòng)量轉(zhuǎn)移。本發(fā)明中的蒸氣的射入速度對(duì)于流態(tài)的該功能方面是重要的。如果需要，可以使用在下游交錯(cuò)的多個(gè)噴嘴來(lái)促進(jìn)該方面。可以選擇其它參數(shù)諸如噴嘴角度和混合室?guī)缀涡螤畹?，以建立期望的流?dòng)條件。
該區(qū)域中的典型破碎機(jī)理取決于局部速度滑移條件以及各個(gè)工作流體特性。這些因素集中在一個(gè)無(wú)量綱數(shù)中，稱為空氣動(dòng)力學(xué)韋伯?dāng)?shù)，其定義為We=ρv·(Uf-Uv)2·Dfσf]]>其中ρv＝蒸氣密度U＝速度Df＝流體的水力直徑σf＝流體的表面張力本發(fā)明的流體移動(dòng)器中的典型破碎機(jī)理是振動(dòng)破碎，其在特征長(zhǎng)度大于穩(wěn)定長(zhǎng)度的韌帶和液體中可以發(fā)現(xiàn)；災(zāi)變破碎(catastrophic break-up)，其在We≥350的情況下在液體蒸氣剪切層中特別常見(jiàn)；波峰剝除(wave crest stripping)，其通常在We≥300的情況下液滴因?yàn)樽陨沓叽缍?jīng)歷導(dǎo)致橢圓形狀的較大空氣動(dòng)力時(shí)出現(xiàn)；以及短剝除(short stripping)，其通常在We≥100情況下在子液滴和附屬液滴已經(jīng)跟隨韌帶剝除和分散而形成時(shí)為主要破碎機(jī)理。
與本發(fā)明中通常的情況一樣，周圍氣體的紊亂運(yùn)動(dòng)，特別是在雷諾(Reynold)數(shù)較大(Re＞104)時(shí)，將導(dǎo)致大量局部能量耗散以及伴隨的液滴破碎。因?yàn)檫@些紊亂波動(dòng)而產(chǎn)生的波動(dòng)動(dòng)力學(xué)壓力在液滴破碎中起主要作用，但是非常重要的是，正是該能量確保流動(dòng)中的流體特別高效地分散和混合。
紊亂壓力波動(dòng)導(dǎo)致剪切力，該剪切力能夠使纖維或細(xì)絲斷裂并且使粉末塊或類似的固態(tài)或半固態(tài)物質(zhì)消散。在第一區(qū)的能量中，與液錐分散相關(guān)聯(lián)，質(zhì)量轉(zhuǎn)移和動(dòng)量轉(zhuǎn)移通過(guò)更明顯的邊界發(fā)生。在第二破碎區(qū)中，與流動(dòng)中的紊亂消散區(qū)緊密關(guān)聯(lián)，該轉(zhuǎn)移與紊亂強(qiáng)度直接相關(guān)。
盡管在特性上與紊亂消散子層相似，但是熱邊界層呈現(xiàn)出有效的邊界，在邊界處，蒸發(fā)/冷凝和能量轉(zhuǎn)移在平衡狀態(tài)或“凍結(jié)”狀態(tài)中出現(xiàn)。
始于主錐消散中的界面輸運(yùn)在第二蒸氣液滴區(qū)中繼續(xù)，并且其特征在于，根據(jù)壓力和速度、蒸汽噴嘴的物理幾何形狀和混合室?guī)缀涡螤?，通過(guò)蒸氣引入條件，在本發(fā)明的流體移動(dòng)器中得到增強(qiáng)的不同的機(jī)理。這導(dǎo)致連續(xù)的表面更新過(guò)程，該過(guò)程與紊亂一起導(dǎo)致一系列各種尺度的更新渦流。這些渦流產(chǎn)生爆裂，這些爆裂因?yàn)橐后w蒸氣與形成于經(jīng)歷進(jìn)一步破碎的韌帶和液滴上的波之間的相互作用而產(chǎn)生。這些爆裂具有一個(gè)時(shí)間段，該時(shí)間段為界面剪切速度的函數(shù)。這些爆裂大大促進(jìn)混合、熱輸運(yùn)以及乳化(液滴尺寸減小)。
第二流態(tài)的第二子區(qū)是過(guò)冷蒸氣液滴區(qū)。由于蒸氣混合物流動(dòng)通過(guò)本發(fā)明的流體移動(dòng)器，其速度分布通過(guò)流體相互作用以及靜壓梯度而調(diào)節(jié)，靜壓梯度由于流動(dòng)的一般性減速而逐漸產(chǎn)生。超音速流的該受控?cái)U(kuò)散、與離散幾何形狀相關(guān)聯(lián)的自然流體及熱動(dòng)力學(xué)相互作用的平衡導(dǎo)致蒸氣液滴態(tài)，其中過(guò)冷液滴存在于以蒸氣為主的相中。該凍結(jié)混合物的過(guò)冷狀態(tài)增強(qiáng)，直到液滴成核，并因此非?？焖俚亻_(kāi)始出現(xiàn)冷凝。最大過(guò)冷點(diǎn)(威爾遜點(diǎn))確定成核速率開(kāi)始快速出現(xiàn)并且達(dá)到接近指數(shù)速率時(shí)的點(diǎn)，該成核速率密切地決定于因?yàn)槔淠梢垣@得的表面積而導(dǎo)致的過(guò)冷。因此，本發(fā)明的流體移動(dòng)器中的蒸氣液滴區(qū)能夠在非常短的區(qū)域內(nèi)達(dá)到接近熱動(dòng)力學(xué)平衡。
本發(fā)明的流體移動(dòng)器專門利用通過(guò)幾何形狀和偽幾何條件而產(chǎn)生的幾何條件，以確保臨界過(guò)冷狀態(tài)上游的流動(dòng)條件偏離熱動(dòng)力學(xué)平衡。這確保期望的蒸氣液滴區(qū)保持其期望的液滴破碎、顆粒分散以及熱轉(zhuǎn)移效應(yīng)。
流體從主流體錐到蒸氣區(qū)的快速加速導(dǎo)致膨脹波，該膨脹波類似地表現(xiàn)出熱動(dòng)力不連續(xù)性，并且允許蒸氣液滴區(qū)顯著偏離平衡并且進(jìn)入“凍結(jié)”流條件。
圖9示出本發(fā)明的流體移動(dòng)器的一個(gè)實(shí)施例，其中通道3的幾何形狀具有混合室3A，該混合室具有發(fā)散區(qū)50、等徑區(qū)52以及再會(huì)聚輪廓區(qū)54。圖9所示的實(shí)施例保留了等徑通孔，但是促進(jìn)膨脹和非平衡。這提供了優(yōu)秀的顆粒分散以及良好的流動(dòng)、壓頭以及泵吸條件。
第二流態(tài)的第三子區(qū)是冷激波區(qū)。由于流體移動(dòng)器內(nèi)的過(guò)冷蒸氣液滴流態(tài)，指數(shù)冷凝開(kāi)始出現(xiàn)的點(diǎn)限定了冷激波邊界。冷激波上游的混合物條件確定流體移動(dòng)器內(nèi)經(jīng)歷的壓力和溫度恢復(fù)的性質(zhì)。
盡管在冷激波上存在熵增，但是冷激波上的相變顯然導(dǎo)致從蒸氣相移走熱量。本發(fā)明的流體移動(dòng)器中的理想工作條件與稱為離散的正冷激波的形成一致，正冷激波沿著X軸測(cè)量的尺寸由于相當(dāng)快速而可以忽略。
參照?qǐng)D12可以更好地理解本發(fā)明的流體移動(dòng)器中的流體流動(dòng)的本質(zhì)，該圖示出流體移動(dòng)器中的壓力p在沿著軸向的長(zhǎng)度x上的分布。下面引用前面定義的兩個(gè)沖擊速度ae和af。
圖12a示出條件A并且表示Umixturc＞ae的情形，其中Umixture是蒸氣液滴混合物的速度。
這導(dǎo)致正冷激波，其中在冷激波上壓力相當(dāng)快速地升高。所產(chǎn)生的出口壓力高于蒸汽進(jìn)入流體移動(dòng)器的孔中的蒸氣入口處的局部壓力。
圖12b示出條件B并且表示af＞Umixture＞ae的情形。在該情況下，混合物速度高于平衡沖擊速度但是小于凍結(jié)沖擊速度。在該條件下，冷激波完全分散，從而導(dǎo)致在冷激波上的壓力升高更平緩。
圖12c顯示條件C并且表示Umixture＞af的情形。在該情況下，“不穩(wěn)定”條件出現(xiàn)，其中蒸汽不會(huì)完全冷凝。這稱為部分分散冷激波。這導(dǎo)致開(kāi)始形成冷激波(陡度合理的壓力梯度)，冷激波形成“停止工作”然后再次重新開(kāi)始。然而，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，最終所產(chǎn)生的出口壓力通常高于條件A或條件B中的出口壓力。
存在幾種機(jī)理用于確定流體移動(dòng)器中流態(tài)的狀態(tài)，并且利用控制系統(tǒng)中的該信息提供最好地滿足應(yīng)用需要的流態(tài)。例如，可以測(cè)量沿著混合室長(zhǎng)度的某一點(diǎn)處的溫度，以判斷蒸氣液滴區(qū)的存在。因?yàn)榛旌鲜冶诳梢詾檩^薄的部分，從而允許快速響應(yīng)條件變化，因此這種方法是非侵入性的。彼此上下游間隔的多個(gè)溫度探測(cè)器可以用于監(jiān)視冷激波的位置，并確定冷激波分布的狀態(tài)。
作為另一個(gè)例子，可以使用壓力傳感器確定冷激波的位置。
參照?qǐng)D13和圖14，圖中示出使用一系列壓力傳感器檢測(cè)混合室中冷激波的位置的方法。當(dāng)冷激波17位于表示為第一種情況的位置17A，即位于通道3的會(huì)聚輪廓部分3C中時(shí)，壓力分布以參考標(biāo)記101示出。當(dāng)冷激波17位于表示為第二種情況的位置17B，即位于通道3的均勻輪廓部分3B中時(shí)，壓力分布以參考標(biāo)記102示出。通道3中的壓力傳感器P1、P2和P3可以用于測(cè)量沿著通道的三個(gè)位置103、104和105處的壓力。這些位置處的壓力測(cè)量值可以用于確定冷激波17的位置。根據(jù)所需的流動(dòng)剖面，可以改變?nèi)缜八龅囊粋€(gè)或多個(gè)參數(shù)，以改變流動(dòng)剖面和冷激波17的位置。
圖14a示出典型的壓力傳感器，但是可以理解，這不是限制性的，可以使用任何合適的壓力傳感器或測(cè)量裝置。因?yàn)樵摐y(cè)量技術(shù)只需要測(cè)量壓力的變化而不需要進(jìn)行校準(zhǔn)以測(cè)量準(zhǔn)確值，因此測(cè)量混合室內(nèi)壓力的該方法特別適合于冷激波檢測(cè)。
混合室3A襯有由合適的材料諸如不銹鋼等構(gòu)成的薄壁內(nèi)襯107。薄油層108填充襯套107與混合室3A的內(nèi)壁106之間的間隙。壓力傳感器P1設(shè)置為穿過(guò)混合室的壁106，并且與薄油層108接觸。當(dāng)混合室3A內(nèi)的壓力變化時(shí)，襯套107少量膨脹或者收縮，從而增大或減小薄油層108中的壓力，該壓力由壓力傳感器P1檢測(cè)。
在圖14b所示的實(shí)施例中，將襯套107分段，使得油被固定在襯套上的壁109隔開(kāi)。這獲得分離的各個(gè)油室108A、108B，每個(gè)油室具有自己的壓力傳感器P1、P2。可以沿著混合室3A的壁106布置多個(gè)分離的室和壓力傳感器。
該測(cè)量裝置布置方法的優(yōu)勢(shì)在于，襯套107提供無(wú)阻內(nèi)孔，沒(méi)有任何縫隙或其它可能被工作流體或其它攜帶材料滯塞于其中的特征。這一點(diǎn)特別適用于食品工業(yè)中的應(yīng)用。另外，壓力傳感器P1不會(huì)受到污染，不會(huì)遭受磨損或磨蝕，并且不會(huì)被堵塞。
另一種監(jiān)視冷激波的可行方法是利用聲音信號(hào)。由于混合室中的密度變化，甚至在粉末添加的過(guò)程中，也可以確定表示蒸氣流的流動(dòng)“狀態(tài)”，因此可以確定產(chǎn)生冷激波的條件。用于確定流體移動(dòng)器中的流態(tài)狀態(tài)的機(jī)理當(dāng)然可以進(jìn)行組合。
圖11示出具有多種用于控制流動(dòng)參數(shù)的控制裝置的流體移動(dòng)器1的一個(gè)實(shí)施例。入口4與工作流體閥66流體連通，該工作流體閥可以用于控制工作流體的流速和/或入口壓力。加熱裝置或冷卻裝置(未示出)可以設(shè)置在工作流體閥66的上游或下游，以控制工作流體的入口溫度。出口5與可選的工作流體排出閥68流體連通，該工作流體排出閥可以用于控制工作流體的出口壓力。
可以控制攜帶流體源62諸如蒸汽發(fā)生器，以提供通過(guò)運(yùn)輸通道64到達(dá)增壓室8的攜帶流體。攜帶流體源62可以用于控制攜帶流體的入口溫度和/或流速和/或入口壓力。
可以安裝一個(gè)或多個(gè)噴嘴16，用于進(jìn)行可調(diào)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，使得可以使用噴嘴角度控制裝置(未示出)控制攜帶流體進(jìn)入通道的角度。
噴嘴16下游的通道的內(nèi)部尺寸可以通過(guò)活動(dòng)壁段60進(jìn)行調(diào)節(jié)，該活動(dòng)壁段可以在沿著混合室3A的多個(gè)區(qū)段處將混合室壁輪廓在會(huì)聚、平行和發(fā)散之間改變。
可以提供添加流體源70，以便為工作流體添加一種或多種流體。添加流體閥72可以用于控制添加流體的流速，包括根據(jù)需要切斷或接通流動(dòng)?？梢詾樘砑恿黧w設(shè)置單獨(dú)的加熱裝置，該添加流體可以為加熱的液體、氣體諸如蒸汽等或者混合物。添加物可以為粉末，并且可以從輔助料斗通過(guò)閥裝置引入。
可以設(shè)置控制裝置諸如微處理器等，以根據(jù)需要控制上述參數(shù)中的一些或全部。控制裝置可以與監(jiān)視冷激波的冷凝監(jiān)視裝置諸如壓力傳感器P1、P2、P3等或任何其它傳感裝置例如溫度或聲音傳感器連接。
本發(fā)明的流體移動(dòng)器的通用性允許其應(yīng)用于工作條件范圍廣泛的很多不同的應(yīng)用場(chǎng)合?，F(xiàn)在將作為示例描述這些應(yīng)用中的兩種，以舉例說(shuō)明本發(fā)明的流體移動(dòng)器的工業(yè)實(shí)用性。
第一個(gè)應(yīng)用是活化淀粉的方法。攜帶流體與工作流體之間的能量轉(zhuǎn)移的性質(zhì)為在淀粉活化中的應(yīng)用提供了巨大的優(yōu)勢(shì)。由于熱的攜帶流體與工作流體之間的均勻混合，實(shí)現(xiàn)流體之間非常高的熱轉(zhuǎn)移速率，從而導(dǎo)致快速加熱工作流體。另外，單元內(nèi)的高能量強(qiáng)度，特別是蒸汽與工作流體之間的高動(dòng)量轉(zhuǎn)移速率導(dǎo)致工作流體上的高剪切力。因此，該熱量和剪切的組合作用導(dǎo)致淀粉活化得到增強(qiáng)。
該流體移動(dòng)器可以包含在分批或單程流體處理構(gòu)造中?？梢允褂靡粋€(gè)或多個(gè)流體移動(dòng)器，其可能順序地安裝在單個(gè)管道構(gòu)造中。單個(gè)流體移動(dòng)器可以泵吸、加熱、混合以及活化淀粉，或者可以使用單獨(dú)的泵使工作流體通過(guò)流體移動(dòng)器。作為選擇，可以順序地使用兩個(gè)或更多個(gè)流體移動(dòng)器，每個(gè)流體移動(dòng)器可以構(gòu)造并優(yōu)化以發(fā)揮不同的作用。例如，一個(gè)流體移動(dòng)器可以構(gòu)造成泵吸和混合(并且進(jìn)行一些初步加熱)，而在第一流體移動(dòng)器的下游串聯(lián)安裝的第二流體移動(dòng)器可以優(yōu)化為進(jìn)行加熱。
流體移動(dòng)器內(nèi)的能量強(qiáng)度是可以控制的。通過(guò)控制蒸汽和/或工作流體的流速，可以減小強(qiáng)度以便允許緩慢加熱工作流體，并且提供低得多的剪切強(qiáng)度。例如，這可以用于提供對(duì)工作流體的緩慢加熱，從而將一批工作流體保持在恒定的溫度，而不導(dǎo)致任何剪切稀化。
該方法還可以用于截留、混合、分散和溶解食品工業(yè)中常用的其它難以潤(rùn)濕的粉末諸如果膠等。果膠通常用于使食品變濃或者形成凝膠，并且通過(guò)熱量而活化。在存在鈣離子的情況下，一些果膠形成熱可逆性凝膠，而在存在足夠的糖的情況下，其它一些果膠則快速形成熱不可逆性凝膠。由流體移動(dòng)器提供的強(qiáng)烈的混合、攪拌、剪切和加熱增強(qiáng)這些凝膠化處理。
僅僅作為示例，流體移動(dòng)器已經(jīng)在65kg批量番茄醬的制造中用于泵吸、混合、均化、加熱(烹調(diào))并活化淀粉。常規(guī)處理需要將番茄醬加熱至85℃以活化淀粉。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，利用該流體移動(dòng)器混合、加熱和處理該番茄醬，淀粉在低得多的配合料溫度(70℃)下活化。將該加熱需求方面的節(jié)省與流體移動(dòng)器提供的高效混合和加熱相結(jié)合，與常規(guī)罐式加熱和攪拌方法相比，可以將總處理時(shí)間減少高達(dá)95％。
另外本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，該流體移動(dòng)器活化的混合物中的淀粉百分比比常規(guī)方法更高。對(duì)于含有高度改性淀粉的食品混合物，這是不常見(jiàn)的，時(shí)常會(huì)有較高百分比(超過(guò)50％)的淀粉保持未活化?；罨甙俜直鹊牡矸厶峁┝嗣黠@的商業(yè)優(yōu)勢(shì)，即減少為達(dá)到目標(biāo)粘度而不得不添加到混合物中的淀粉量。對(duì)于(相當(dāng))昂貴的果膠已經(jīng)觀察到類似的效果。減少不得不添加到混合物中的果膠量為處理過(guò)程提供了巨大的成本節(jié)省。
作為選擇，該方法還可以用于釀酒工業(yè)。釀酒過(guò)程需要快速混合、加熱和水化稱為磨粉(grist)的磨碎麥芽，并且活化淀粉。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這可以利用本發(fā)明中所述的方法實(shí)現(xiàn)，另外的優(yōu)勢(shì)是保持酶和磨粉皮的完整性。保持混合物中酶的完整性是重要的，因?yàn)樵诤竺娴倪^(guò)程中需要它們將淀粉轉(zhuǎn)化為糖，同樣，需要皮具有一定的粒徑，以便在后面的過(guò)濾過(guò)程中形成有效的濾餅。
作為示例提供的第二個(gè)應(yīng)用是利用本發(fā)明的流體移動(dòng)器改進(jìn)生質(zhì)酒精(生物燃料)的方法。蒸汽與工作流體之間的能量轉(zhuǎn)移的性質(zhì)為在生質(zhì)酒精制造中的應(yīng)用提供了巨大的優(yōu)勢(shì)。由于熱的攜帶流體(蒸汽)與工作流體之間的均勻混合，實(shí)現(xiàn)流體之間非常高的熱轉(zhuǎn)移速率，從而導(dǎo)致快速加熱工作流體。另外，單元內(nèi)的高能量強(qiáng)度，特別是蒸汽與工作流體之間的高動(dòng)量轉(zhuǎn)移速率導(dǎo)致工作流體上的高剪切力。
可以順序地使用兩個(gè)或更多個(gè)流體移動(dòng)器，每個(gè)流體移動(dòng)器可以構(gòu)造并優(yōu)化以發(fā)揮不同的作用。例如，一個(gè)流體移動(dòng)器可以構(gòu)造成泵吸和混合(并且進(jìn)行一些初步加熱)，而在第一流體移動(dòng)器的下游串聯(lián)安裝的第二流體移動(dòng)器可以優(yōu)化為進(jìn)行加熱和浸解。
與常規(guī)方法相比，利用本發(fā)明中所述的方法，可以更快速并且更有效地實(shí)現(xiàn)在生物量中混合、加熱、水化以及浸解碳水化合物聚合物的過(guò)程。利用高度剪切以及冷激波的存在使得可以將活性化學(xué)組分或生物組分與碳水化合物聚合物更有效地均勻混合，從而在植物物質(zhì)開(kāi)始碎解時(shí)通過(guò)泵吸植物物質(zhì)而改進(jìn)接觸。盡管本發(fā)明中所述的方法使用高溫和高度剪切，但是其仍然適合用于酶水解過(guò)程中，而不破壞酶。
本發(fā)明的流體移動(dòng)器的形狀可以為適合于具體應(yīng)用的任何方便的形狀。因此，本發(fā)明的流體移動(dòng)器可以為圓形、曲線形或直線形，以便于將流體移動(dòng)器適合于具體的應(yīng)用或進(jìn)行尺寸縮放。本發(fā)明的改進(jìn)可以應(yīng)用于任何形式的流體移動(dòng)器。
因此，本發(fā)明的流體移動(dòng)器在不同特點(diǎn)的各行業(yè)中具有廣泛的可應(yīng)用性，包括從產(chǎn)業(yè)鏈一端的食品工業(yè)到產(chǎn)業(yè)鏈另一端的廢品處理行業(yè)。
當(dāng)將本發(fā)明應(yīng)用于上述專利的流體移動(dòng)器時(shí)，本發(fā)明提供特別增強(qiáng)的乳化和均化能力。將本發(fā)明的流體移動(dòng)器以直流方式布置，也可以進(jìn)行乳化，從而不需要進(jìn)行多段處理。在這點(diǎn)上，利用改進(jìn)的剪切機(jī)理還增強(qiáng)了不同液體和/或固體的混合，如前所述，剪切機(jī)理影響混在一起的組分之間必需的均勻接觸。
工作流體分散區(qū)內(nèi)的局部紊亂提供多種不同流體和材料(例如粉末和油)的快速混合、分散和均化。
借助利用蒸汽作為攜帶流體，可以采用流體移動(dòng)器利用本發(fā)明實(shí)現(xiàn)流體和/或固體的加熱，當(dāng)然，在這一點(diǎn)上，本發(fā)明具有多種能力能夠泵吸、加熱、混合和碎解等。
例如，本發(fā)明的流體移動(dòng)器可以用于香精提取過(guò)程例如咖啡因的提取等。在該例子中，流體移動(dòng)器可以用于泵吸、加熱、截留、水化并均勻混合多種芳香族化合物材料與液體(通常為水)。
本發(fā)明的蒸氣-液滴流動(dòng)區(qū)為粉末的水化提供了特別的優(yōu)勢(shì)。甚至是非常難以潤(rùn)濕的親水性粉末例如果阿膠也可以在該蒸氣液滴區(qū)中截留并分散于流體介質(zhì)中。
如上所述，本發(fā)明的流體移動(dòng)器在其工作模式和其相關(guān)的多種應(yīng)用中具有多種優(yōu)勢(shì)。例如，具有基本恒定橫截面并且孔徑不縮小至小于孔入口的流體移動(dòng)器的“直通”性質(zhì)意味著，不僅容易運(yùn)輸含有固體的流體，而且任何粗大材料都將無(wú)阻地通過(guò)流體移動(dòng)器。本發(fā)明的流體移動(dòng)器能夠適應(yīng)各種粒徑，因此不像常規(guī)噴射器那樣受到限制，那些常規(guī)噴射器由于它們的物理會(huì)聚段的限制性質(zhì)而受到限制。
可以在不脫離所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明范圍的情況下包括各種修改和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種流體移動(dòng)器，包括中空本體，其設(shè)置有橫截面基本恒定的直通通道，在所述通道的一端具有入口，在所述通道的另一端具有出口，所述入口和出口分別用于工作流體的進(jìn)入和排出；噴嘴，其基本環(huán)繞所述通道并且在所述通道的入口端和出口端中間通入所述通道；入口，其與所述噴嘴連通，用于引入攜帶流體；以及混合室，其在所述噴嘴的下游形成于所述通道內(nèi)；其中，所述噴嘴的內(nèi)部幾何形狀以及所述通道的位于所述噴嘴出口的緊上游處的孔輪廓設(shè)置并構(gòu)造成這樣，即，優(yōu)化所述攜帶流體與所述工作流體之間的能量轉(zhuǎn)移，使得在使用中通過(guò)引入所述攜帶流體，使一種或多種工作流體霧化以形成在假縮流中存在局部超音速流條件的分散蒸氣/液滴流態(tài)，從而通過(guò)所述攜帶流體的冷凝而導(dǎo)致在下游的所述混合室中產(chǎn)生超音速冷激波。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體移動(dòng)器，其中，所述通道為基本圓形的通道，所述噴嘴為基本環(huán)繞所述通道的環(huán)形噴嘴。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的流體移動(dòng)器，其中，所述噴嘴在其內(nèi)部具有會(huì)聚-發(fā)散幾何形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求4所述的流體移動(dòng)器，其中，所述噴嘴構(gòu)造成在所述通道內(nèi)導(dǎo)致攜帶流體的超音速流。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的流體移動(dòng)器，其中，所述通道的位于所述噴嘴的緊上游處的孔輪廓構(gòu)造成促進(jìn)工作流體的霧化。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的流體移動(dòng)器，包括多個(gè)噴嘴，其基本環(huán)繞所述通道并且在所述通道的入口端和出口端中間通入所述通道；多個(gè)入口，每個(gè)入口與相應(yīng)的噴嘴連通，用于引入攜帶流體；以及多個(gè)混合室，每個(gè)混合室在相應(yīng)的噴嘴的下游形成于所述通道內(nèi)。
7.一種移動(dòng)工作流體的方法，所述方法包括如下步驟為所述工作流體提供流體移動(dòng)器，所述流體移動(dòng)器具有橫截面基本恒定的直通通道；通過(guò)環(huán)形噴嘴對(duì)所述通道施加基本環(huán)繞的攜帶流體流；使所述工作流體霧化，以形成具有局部超音速流條件的分散蒸汽和液滴流態(tài)；通過(guò)所述攜帶流體的冷凝在所述噴嘴下游的通道內(nèi)產(chǎn)生超音速冷激波；引導(dǎo)所述工作流體從所述通道的入口到所述通道的出口流動(dòng)以通過(guò)所述通道；以及調(diào)節(jié)步驟，其調(diào)節(jié)所述冷激波以改變從所述出口排出的工作流體。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述調(diào)節(jié)步驟包括調(diào)節(jié)所述冷激波的強(qiáng)度。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其中，所述調(diào)節(jié)步驟包括調(diào)節(jié)所述冷激波的位置。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9中任一項(xiàng)所述的方法，還包括如下步驟在所述噴嘴的緊上游處在所述工作流體流中引入不穩(wěn)定性。
11.一種處理工作流體的方法，所述方法包括如下步驟為所述工作流體提供流體移動(dòng)器，所述流體移動(dòng)器具有橫截面基本恒定的直通通道；通過(guò)環(huán)形噴嘴對(duì)所述通道施加基本環(huán)繞的攜帶流體流；使所述工作流體霧化，以形成具有局部超音速流條件的分散蒸汽和液滴流態(tài)；通過(guò)所述攜帶流體的冷凝在所述噴嘴下游的通道內(nèi)產(chǎn)生超音速冷激波，所述冷激波的位置在平衡流的情況下保持基本上恒定；引導(dǎo)所述工作流體從所述通道的入口到所述通道的出口流動(dòng)以通過(guò)所述通道；以及改變所述冷激波的位置，以改變從所述出口排出的工作流體。
12.根據(jù)權(quán)利要求7至11中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述攜帶流體為蒸汽。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種流體移動(dòng)器(1)，包括中空本體(2)，所述中空本體設(shè)置有橫截面基本恒定的直通通道(3)，所述通道具有分別用于工作流體的進(jìn)入和排出的入口(4)和出口(5)。噴嘴(16)基本環(huán)繞通道(3)并且在入口(4)端和出口(5)端中間通入通道(3)。入口(10)與噴嘴(16)連通，用于引入攜帶流體，混合室(3A)在噴嘴(16)的下游形成于通道(3)內(nèi)。所述噴嘴的內(nèi)部幾何形狀以及所述噴嘴出口的緊上游處的孔輪廓設(shè)置并構(gòu)造成這樣，即，優(yōu)化所述攜帶流體與所述工作流體之間的能量轉(zhuǎn)移。在使用中通過(guò)引入所述攜帶流體，使一種或多種工作流體霧化以形成在假縮流中存在局部超音速流條件的分散蒸氣液滴流態(tài)，從而通過(guò)所述攜帶流體的冷凝而導(dǎo)致在下游的混合室(3A)中產(chǎn)生超音速冷激波(17)。本發(fā)明另外還公開(kāi)了利用所述流體移動(dòng)器移動(dòng)和處理流體的方法。
文檔編號(hào)F04F5/24GK101027494SQ200580025646
公開(kāi)日2007年8月29日 申請(qǐng)日期2005年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月29日
發(fā)明者馬庫(kù)斯·布萊恩·梅哈爾·芬頓, 亞歷山大·蓋伊·沃利斯 申請(qǐng)人:推進(jìn)動(dòng)力公司