基于分形理论的正方形分形喷嘴及流动测量系统，换热测量系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于分形理论的正方形分形喷嘴及流动测量系统，换热测量系统，所述基于分形理论的正方形分形喷嘴包括喷嘴口和分形框架结构，其特征在于，所述分形框架结构按正方形分形几何特征有序排列。所述流动测量系统、换热测量系统采用特定长度的蜂窝稳流段、和热线风速仪/热电偶采集器，能够较好的保证射流本身的稳定性和实验数据的精确性。本实用新型专利技术所形成的分形射流，喷射锥角更大，较好的增强了流体的湍流强度和对周围物质的卷吸能力。经实验证明，在流体所涉及的区域内，可以显著增加冲击靶面射流的混合，强化射流传热传质过程。

Square fractal nozzle and flow measurement system based on fractal theory, heat exchange measurement system

The utility model discloses a square fractal nozzle and the flow measuring system based on the fractal theory, the heat transfer measurement system, the square fractal fractal theory including nozzle nozzle and frame structure based on fractal, which is characterized in that the fractal framework according to Affirmative fractal geometric characteristics of ordered arrangement. The flow measurement system and heat transfer measurement system adopt honeycomb steady flow section with specific length and hot wire anemometer / thermocouple collector, which can better ensure the stability of the jet itself and the accuracy of the experimental data. The fractal jets formed by the utility model have a larger jet cone angle, which can better enhance the turbulent intensity of the fluid and the ability to absorb the surrounding material. It is proved by experiments that in the area involved in the fluid, the mixing of the jet of the impact target can be increased significantly and the heat and mass transfer process of the jet can be strengthened.

【技术实现步骤摘要】
基于分形理论的正方形分形喷嘴及流动测量系统，换热测量系统
本技术涉及射流装置
，分形几何领域，尤其涉及一种基于分形理论的正方形分形喷嘴及流动测量系统，换热测量系统。
技术介绍
在我国能源消耗的主体行业中，如冶金、能源、化工、建材等行业使用能源的主要形式为工业锅炉燃烧。燃烧器是电站锅炉及工业锅炉的主要组成部分，它将燃料和燃烧所需空气送入炉膛，并组织一定的气流结构，使燃料能迅速稳定的着火。在增强射流燃烧器掺混性能方面，我国尚在萌芽阶段，若该方面技术获得一定成果，可有效改善燃烧器喷射装置的结构，并且在降低燃烧废气中的NOX具有极其重要的作用。在传统燃烧器喷嘴射流研究中，圆形、非圆形射流(如椭圆、矩形、三角形等)、自激振荡射流等方式被广泛研究。然而只在传统范畴内改变喷嘴形状，其近场区卷吸量和混合性能的提升非常有限，近场区卷吸能力的增强并不一定使得远场区的混合性能也得到增强。近场区不同形式的增混方式，对于远场区的湍流混合性能的影响又是不同的，进而对于实际应用效果也是不一样的。具有自相似原则和迭代生成原则的分形理论，跳出了一维的线、二维的面、三维的立体乃至四维时空的传统范畴，而更加趋近复杂系统的真实属性与状态的描述，更加符合客观事实的多样性与复杂性。在最近20年里，分形的应用渗透到了各个学科领域，并不断得到发展，如果能将分形理论和射流研究结合在一起，有效增加流体混合程度，对提高燃烧器效率和降低污染物排放具有重要作用。
技术实现思路
根据上述提出的技术问题，而提供一种基于分形理论的正方形分形喷嘴及流动测量系统，换热测量系统。该喷嘴内部结构按照分形特征排列，经过该喷嘴的射流涉及范围更广，其湍流度可在整体上得到有效增强，以克服上述技术问题。本技术采用的技术手段如下：一种基于分形理论的正方形分形喷嘴，其特征在于，包括喷嘴口和分形框架结构，其特征在于，所述分形框架结构按正方形分形几何特征有序排列。所述分形框架结构的局部与整体具有自相似性，各阶正方形边长比及每阶边长与其宽度比均保持常数。所述分形框架结构包括尺寸由大到小的1～n阶正方形，每阶正方形的数量是前一阶正方形数量的四倍，每阶正方形的边长是前一阶正方形边长的二分之一，每阶正方形的边的宽度是其边长的十分之一，每阶正方形中心与前一阶正方形顶点重合且两者对角线位于同一直线。所述1～n阶正方形的朝向外侧的端面与所述喷嘴口的端面位于同一平面内，所述1～n阶正方形沿所述喷嘴口轴线方向延伸的厚度均相等。一种基于分形理论的正方形分形喷嘴的流动测量系统，其特征在于，包括依次连接的由变频器控制的气泵、蜂窝状整流器、有机玻璃供气管路和所述的基于分形理论的正方形分形喷嘴，所述蜂窝状整流器与所述气泵之间的水平段设有涡街流量计；所述流动测量系统还包括三维坐标仪、位于所述三维坐标仪上的热线探头、热线风速仪、数据采集卡和数据处理及控制器；所述数据处理及控制器分别与所述变频器，所述数据采集卡和所述三维坐标仪电连接，所述变频器与所述气泵电连接，所述热线探头与所述热线风速仪电连接，所述热线风速仪与所述数据采集卡电连接。一种基于分形理论的正方形分形喷嘴的换热测量系统，其特征在于，包括依次连接的由变频器控制的气泵、蜂窝状整流器，有机玻璃供气管路和所述的基于分形理论的正方形分形喷嘴，所述蜂窝状整流器与所述气泵之间的水平段设有涡街流量计；所述换热测量系统还包括三维坐标仪，固定于所述三维坐标仪上的内置热电偶测温探头的换热板、安捷伦采集器、数据采集卡和数据处理及控制器；所述数据处理及控制器分别与所述变频器，所述数据采集卡和所述三维坐标仪电连接，所述变频器与所述气泵电连接，所述内置热电偶测温探头的换热板与所述安捷伦采集器电连接，所述安捷伦采集器与所述数据采集卡电连接。数据处理及控制器通过LabVIEW程序控制变频器，以控制气泵产生出口流量和风速可定的恒温气流。在距离气泵出口1200mm水平段安装涡街流量计，可以获得气体瞬时流量。气流再通过蜂窝状整流器和有机玻璃供气管路，经基于分形理论的正方形分形喷嘴喷出，蜂窝状整流器可以减少流体卷曲，进而降低气流湍流度，且可以减少湍流边界层对速度的影响，使流动状态更加稳定。热线探头(或内置测温探头)固定于三维坐标仪上，再通过数据采集卡将经过滤波和放大的模拟信号转换成数字信号传输至数据处理及控制器(计算机)中。实验所测流场范围为X/De＝0～10。本技术应用原理为：气体经由变频器控制的气泵驱动后，通过蜂窝状整流器和有机玻璃供气管路，进入喷嘴，气体的雷诺数由变频器控制并保持稳定，并经由喷嘴口和分形框架结构之间的间隙喷出，产生具有混合效果较好的流体。本技术的喷嘴根据分形理论设计，其结构具备自相似特征，各阶正方形边长比及每阶边长与其宽度比均保持常数。所述流动测量系统、换热测量系统采用特定长度的蜂窝稳流段、和热线风速仪/热电偶采集器，能够较好的保证射流本身的稳定性和实验数据的精确性。本技术所形成的分形射流，喷射锥角更大，较好的增强了流体的湍流强度和对周围物质的卷吸能力。经实验证明，在流体所涉及的区域内，可以显著增加冲击靶面射流的混合，强化射流传热传质过程。基于上述理由本技术可在射流装置和分形几何等领域广泛推广。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本技术的具体实施方式中组成分形框架结构的基本单元的结构示意图。图2是本技术的具体实施方式中基于分形理论的正方形分形喷嘴的结构示意图。图3是图1的侧视图。图4是本技术的具体实施方式中基于分形理论的正方形分形喷嘴射流与同阻塞率的普通网格喷嘴射流之间的速度衰减率对比曲线图。图5是本技术的具体实施方式中基于分形理论的正方形分形喷嘴射流与同阻塞率的普通网格喷嘴射流之间的湍流度对比曲线图。图6是本技术的具体实施方式中基于分形理论的正方形分形喷嘴射流与同阻塞率的普通网格喷嘴射流之间的频谱对比曲线图。图7是本技术的具体实施方式中基于分形理论的正方形分形喷嘴射流与同阻塞率的普通网格喷嘴射流之间的概率密度函数对比曲线图(X/De＝1)。图8是本技术的具体实施方式中基于分形理论的正方形分形喷嘴射流与同阻塞率的普通网格喷嘴射流之间的概率密度函数对比曲线图(X/De＝2)。图9是本技术的具体实施方式中基于分形理论的正方形分形喷嘴射流与同阻塞率的普通网格喷嘴射流之间的概率密度函数对比曲线图(X/De＝3)。图10是本技术的具体实施方式中基于分形理论的正方形分形喷嘴射流与同阻塞率的普通网格喷嘴射流之间的概率密度函数对比曲线图(X/De＝5)。图11是本技术的具体实施方式中基于分形理论的正方形分形喷嘴射流与同阻塞率的普通网格喷嘴射流之间的概率密度函数对比曲线图(X/De＝10)。图12是本技术的具体实施方式中基于分形理论的正方形分形喷嘴射流与同阻塞率的普通网格喷嘴射流之间的湍流动能耗散率对比曲线图。图13是本技术的具体实施方式中基于分形理论的正方形分形喷嘴射流与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于分形理论的正方形分形喷嘴，其特征在于，包括喷嘴口和分形框架结构，所述分形框架结构按正方形分形几何特征有序排列；所述分形框架结构的局部与整体具有自相似性，各阶正方形边长比及每阶边长与其宽度比均保持常数；所述分形框架结构包括尺寸由大到小的1～n阶正方形，每阶正方形的数量是前一阶正方形数量的四倍，每阶正方形的边长是前一阶正方形边长的二分之一，每阶正方形的边的宽度是其边长的十分之一，每阶正方形中心与前一阶正方形顶点重合且两者对角线位于同一直线；所述1～n阶正方形的朝向外侧的端面与所述喷嘴口的端面位于同一平面内，所述1～n阶正方形沿所述喷嘴口轴线方向延伸的厚度均相等。

【技术特征摘要】
1.一种基于分形理论的正方形分形喷嘴，其特征在于，包括喷嘴口和分形框架结构，所述分形框架结构按正方形分形几何特征有序排列；所述分形框架结构的局部与整体具有自相似性，各阶正方形边长比及每阶边长与其宽度比均保持常数；所述分形框架结构包括尺寸由大到小的1～n阶正方形，每阶正方形的数量是前一阶正方形数量的四倍，每阶正方形的边长是前一阶正方形边长的二分之一，每阶正方形的边的宽度是其边长的十分之一，每阶正方形中心与前一阶正方形顶点重合且两者对角线位于同一直线；所述1～n阶正方形的朝向外侧的端面与所述喷嘴口的端面位于同一平面内，所述1～n阶正方形沿所述喷嘴口轴线方向延伸的厚度均相等。2.一种基于分形理论的正方形分形喷嘴的流动测量系统，其特征在于，包括依次连接的由变频器控制的气泵、蜂窝状整流器、有机玻璃供气管路和如权利要求1所述的基于分形理论的正方形分形喷嘴，所述蜂窝状整流器与所述气泵之间的水平段设有涡街流量计；所述流动测量系统还包...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐敏义，薛宇迪，陈鹏飞，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：新型
国别省市：辽宁,21