渦流消除結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是有關(guān)一種渦流消除結(jié)構(gòu)，尤指一種在柱狀體的前端面設(shè)置三角錐，以消除馬蹄狀渦流的結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)一柱狀體a立于一地面上，并沉浸于流動(dòng)的流體之中時(shí)，柱狀體a與地面的交界處(junct1n)附近會(huì)產(chǎn)生馬蹄狀潤(rùn)流(horseshoe vortex)b,其形狀如圖7所示。此馬蹄狀渦流b可能會(huì)有1、2或3個(gè)，其渦流個(gè)數(shù)依流體流動(dòng)的速度、流體的粘滯系數(shù)、迎向流體的柱狀體a最大寬度以及流體流動(dòng)時(shí)，假設(shè)柱狀體a不存在該位置而在該位置的面邊界層的厚度而定。
[0003]這些馬蹄狀渦流b的形成原因如圖8和圖9所示，圖8是使用激光測(cè)速儀量測(cè)一支圓柱與一片平板交界處正中央垂直截面的速度場(chǎng)所得到的結(jié)果；圖9是依據(jù)圖圖8畫(huà)出的流動(dòng)拓樸學(xué)示意圖。其中，因?yàn)橹鶢铙w的存在，使得流體接近柱狀體時(shí)減速，同時(shí)壓力增大形成逆壓梯度，并在柱狀體的表面上形成一個(gè)停滯點(diǎn)。在停滯點(diǎn)下方的流體沿著柱狀體的表面往下流動(dòng)，遇到地面時(shí)再朝上游方向逆流，這一股沿著地面逆向流動(dòng)的流體與原來(lái)上方順向流動(dòng)的流體形成一層介面，因順逆兩方向流動(dòng)而造成的摩擦，在介面處形成1、2或3個(gè)渦旋，這些渦旋受到順向流動(dòng)流體的帶動(dòng)，便繞過(guò)圓柱兩側(cè)而形成如圖7的馬蹄狀渦流。
[0004]如果將流體流動(dòng)的速度(U)、流體的粘滯系數(shù)(V)、迎向流體的柱狀體最大寬度(D)組合成一個(gè)無(wú)因次的參數(shù)「雷諾數(shù)」(Reynolds number, Re) Re = UD/ v。當(dāng)雷諾數(shù)Re大約在100 - 6000之間，有機(jī)會(huì)形成渦流數(shù)目固定的穩(wěn)定馬蹄狀渦流；而當(dāng)Re>6000以上時(shí)，馬蹄狀渦流仍然會(huì)出現(xiàn)，但是渦流數(shù)目不穩(wěn)定，會(huì)隨時(shí)間改變。
[0005]在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用上，例如:橋梁及熱交換器等，馬蹄型渦流會(huì)造成許多負(fù)面影響。其中，在橋梁的應(yīng)用方面，因?yàn)轳R蹄型渦流的生成，會(huì)使得地面剪應(yīng)力增大，造成橋墩周?chē)暮哟伯a(chǎn)生沖涮坑洞(scour)，沖涮坑洞將引致流場(chǎng)在坑洞周遭產(chǎn)生更大的下洗現(xiàn)象，隨著時(shí)間的衍化，坑洞的直徑變大，坑洞的深度加深，最終讓橋墩的基部無(wú)法有效定位，使得橋梁面臨斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。而對(duì)于熱交換器而言，冷卻管及散熱片的交界處，也是屬于柱狀體與面交界處的流動(dòng)問(wèn)題，其馬蹄型渦流是造成冷卻管與散熱片交界處的熱傳性能降低的主要原因。因此，消除柱狀體與面交界處附近馬蹄型渦流的技術(shù)，在工業(yè)應(yīng)用上是有需求的。
[0006]而為了消除柱狀物與面交界處的馬蹄型渦流，過(guò)去有研究曾經(jīng)提出改善的方法。如圖10所示，在以圓柱為基礎(chǔ)點(diǎn)的上游處使用一個(gè)吸氣裝置C，而如圖11所示，在以柱狀物為基礎(chǔ)點(diǎn)的上游處安裝一支控制圓桿d，此圓桿向柱狀物傾斜并且貼附在柱狀物上。上述吸氣裝置或傾斜控制圓桿的應(yīng)用，主要是改善圓柱上游處的地面的流體邊界層條件，以抑制馬蹄型渦流的形成。但是，安裝吸氣裝置c的方式在有砂礫的河床上并不適用，且會(huì)耗用能源；而安裝傾斜控制圓桿d的方式則需要精準(zhǔn)的將控制圓桿定位在馬蹄型渦流處，才能部份抑制馬蹄型渦流的形成，但由于馬蹄型渦流的形成位置與流體流動(dòng)的速度有關(guān)，所以在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，因流速不斷的改變，不容易精準(zhǔn)定位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]有鑒于此，為了提供一種有別于現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)，并改善上述的缺點(diǎn)，發(fā)明人積多年的經(jīng)驗(yàn)及不斷的研發(fā)改進(jìn)，遂有本發(fā)明的產(chǎn)生。
[0008]本發(fā)明的一目的在提供一種渦流消除結(jié)構(gòu)，借助在一柱狀體的前端面設(shè)置三角錐的結(jié)構(gòu)，使能解決在柱狀體的前端面形成馬蹄型渦流的問(wèn)題，而能讓流體順暢的流動(dòng)，以延長(zhǎng)橋梁的使用壽命，或提高熱交換器之類(lèi)產(chǎn)品的熱傳效率。
[0009]為達(dá)上述的目的，本發(fā)明提供一種渦流消除結(jié)構(gòu)，連結(jié)一柱狀體，該柱狀體的一端連接一板面，且該柱狀體供置放于一流體之中，該柱狀體迎接該流動(dòng)流體的接觸面界定為該柱狀體的前端面，該渦流消除結(jié)構(gòu)呈三角錐形，包括一底面、一邊緣及由該邊緣的兩側(cè)分別向下延伸的一第一側(cè)面及一第二側(cè)面，該底面緊臨該板面，該邊緣的后端、該第一側(cè)面的后端及該第二側(cè)面的后端分別連接該柱狀體的前端面，該邊緣、該第一側(cè)面及該第二側(cè)面分別以遠(yuǎn)離該柱狀體的前端面的方式向前延伸，并結(jié)合呈一尖端。
[0010]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，其中，該柱狀體面向流體流動(dòng)方向的最大徑向?qū)挾葹镈，該柱狀體前端與該尖端的水平距離為L(zhǎng)，該第一側(cè)面與該第二側(cè)面的水平張角為α，該邊緣的仰角為β，該三角錐形的參數(shù)范圍為L(zhǎng)/D彡0.75，α彡90°，β彡60°。
[0011]本發(fā)明渦流消除結(jié)構(gòu)避免了流體在柱狀體的前端面形成馬蹄型渦流，從而延長(zhǎng)橋梁的使用壽命，或提高熱交換器的類(lèi)產(chǎn)品的熱傳效率，其使用范圍相當(dāng)廣泛。
[0012]為進(jìn)一步了解本發(fā)明，以下舉較佳之實(shí)施例，配合圖式、圖號(hào)，將本發(fā)明之具體構(gòu)成內(nèi)容及其所達(dá)成的功效詳細(xì)說(shuō)明如下。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明的較佳實(shí)施例連結(jié)一柱狀體的立體外觀示意圖。
[0014]圖2為圖1的俯視圖。
[0015]圖3為圖1的側(cè)視圖。
[0016]圖4和圖5為本發(fā)明的較佳實(shí)施例的使用狀態(tài)圖。
[0017]圖6為本發(fā)明的較佳實(shí)施例安裝于熱交換器上的側(cè)視圖。
[0018]圖7為現(xiàn)有的流體流過(guò)柱狀體與壁面交界處時(shí)，產(chǎn)生馬蹄狀渦流的示意圖。
[0019]圖8為使用激光測(cè)速儀量測(cè)習(xí)用流體流過(guò)柱狀體與壁面交界處時(shí)，正中央垂直截面的速度場(chǎng)示意圖。
[0020]圖9為依據(jù)圖圖8所繪制的流動(dòng)拓樸學(xué)示意圖。
[0021]圖10為現(xiàn)有的在圓柱的上游處安裝一吸氣裝置的立體外觀示意圖。
[0022]圖11為現(xiàn)有的在柱狀物的上游處安裝一控制圓桿的立體外觀示意圖。
[0023]1渦流消除結(jié)構(gòu) 11底面12邊緣
[0024]13第一側(cè)面14第二側(cè)面15尖端
[0025]2柱狀體21前端面211左弧形面
[00