【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于船舶气液两相推进器，具体涉及一种船用离心气泡发生器及工作方法。
技术介绍
1、目前，水中航行器的主流推进方式是螺旋桨推进，螺旋桨推进是一种传统的水下推进方式，应用于绝大多数的水中航行器。但是，在航行器高速航行的条件下，螺旋桨的高速旋转会导致空化现象，进而降低螺旋桨推进的推力，并使其受到严重的空蚀破坏，因此螺旋桨推进使水中航行器的航行速度受到了极大的限制，这无法满足现代舰船进行高速机动的要求。
2、基于上述螺旋桨推进的局限性，仿照空气中喷气式航空发动机的工作原理，有学者提出了水下喷射推进的概念，水下喷射推进主要包括喷水推进、金属/水反应冲压推进、水下喷气推进。泵压喷水推进系统结构简单、推进效率高，抗空化能力强，但是转弯时其推力会消失，并且自身质量大、推进泵叶片比较复杂，而且在高速航行时空化与空蚀的影响仍然存在；金属/水反应冲压发动机可以使水下动力系统的性能得到显著的提高，适用于水下的高速航行体，其中铝水推进系统可以作为超高速、长航程超空泡水中兵器的理想推进系统，但存在比冲低，航程有限的缺点；
3、基于上述推进方式的局限性，采用水下气泡两相冲压推进系统可以解决上述推进系统的缺陷，其主要原理为：利用气泡在逆压力梯度的作用下逐渐膨胀并对水流做功，促使水流加速，进而推动船舶向前行进。在应用于高速舰船时，具有优良的工作性能，但在实际运行中发现：其两相流体中的气泡易出现接触、形变和成团等现象，使得产生的微小气泡容易聚并成更大的气泡，使得气泡内的气压变小，同时大气泡也容易附着在管道内壁上，不容易随水流流动，
4、例如申请号为：2016100537523，专利名称为“气泡发生装置”的专利，其利用高速旋转的气液混合体从出水口喷出时，混有气柱的旋转液流在离心力的作用下被甩出出水口，受到外部相对静止液体的阻力影响，旋转急速减弱被破坏，产生大量的气泡，但是该方案产生的气泡直径较大，且相邻气泡容易聚并，无法应用在推进系统中。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种船用离心气泡发生器及工作方法，旨在解决现有技术中常规的水下气泡两相冲压推进系统在推进过程中产生的两相流体中的气泡易出现接触、形变和成团等现象，使得推进效率低下的问题。
2、本专利技术采取以下技术方案实现：
3、一种船用离心气泡发生器，包括筒体、管道组件、第一运动组件和第二运动组件，所述管道组件包括进水管道和分流管口，所述分流管口设置在筒体内部，所述进水管道与分流管口连接并伸出筒体；所述第一运动组件包括旋转件和离心叶片，所述旋转件设置在筒体内部，并与管道组件间隔一定距离，所述旋转件与管道组件均位于筒体的中垂线上且按照气液混合体流向顺序布置；所述第二运动组件包括环形支座和切割件，所述环形支座设置在筒体内部底端，所述环形支座上设置有若干个切割件，所述切割件包括第一刀片支座、第二刀片支座、连杆和刀片，最下层所述切割件的第一刀片支座设置在环形支座上，所述第二刀片支座设置在第一刀片支座上方，所述连杆转动设置在第一刀片支座和第二刀片支座之间，所述刀片设置在连杆上，最下层所述切割件的第二刀片支座与相邻上层对应切割件的第一刀片支座连接，所述刀片呈十字形结构。
4、为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
5、进一步地，所述筒体包括按照气液混合体流动方向依次连接的破碎区和喷射区，所述破碎区为中空圆柱体结构，所述破碎区的进水端设置有挡板，所述挡板上开设有缺口，所述喷射区为中空的圆台型结构，所述喷射区的截面直径沿着水流方向均匀减小。
6、进一步地，所述分流管口插入缺口内设置在破碎区进水口的下端，所述分流管口呈中空的圆台型结构，所述分流管口包括进水口和出水口，所述分流管口的横截面直径沿着进水口向出水口的方向均匀减小，所述分流管口的侧壁上开设有若干个分流孔，所述分流管口的进水口与进水管道连接，所述进水管道远离分流管口的一端设置有安装座。
7、进一步地，所述进水管道的直径、分流管口的出水口直径、分流孔的直径之间的比例为1：(0.65-0.7)：(0.01-0.02)。
8、进一步地，所述旋转件包括环形支架、桨叶、离心杆、固定座和电机，所述环形支架水平转动设置在喷射区的侧壁上，所述桨叶呈一定角度倾斜设置，多个所述桨叶周向分布在环形支架内，所述桨叶一端与环形支架内侧壁连接，所述桨叶另一端与离心杆侧壁连接，所述电机与离心杆远离环形支架的一端连接，所述电机通过固定座与筒体内壁连接。
9、进一步地，多个所述离心叶片呈螺旋形结构分布在离心杆上，多个所述离心叶片的螺旋方向一致。
10、进一步地，所述环形支座设置在挡板上，所述环形支座上由下至上设置有若干个切割层，每个所述切割层均包括呈环形分布的内圈和外圈，所述内圈和外圈均由若干个切割件组成，上下对应的切割件相互叠加设置。
11、进一步地，靠近所述筒体破碎区的内侧壁处设置有螺旋形轨道，所述螺旋形轨道下端设置在挡板上，所述螺旋形轨道位于筒体破碎区的内侧壁与切割件之间。
12、进一步地，所述电机外侧设置有破流锥，所述破流锥的尖端朝向分流管口的出水口。
13、一种船用离心气泡发生器的工作方法，包括如下步骤：
14、将高压气液混合体通过进水管道从分流管口进行初步分流，形成一条主流和若干条支流；
15、利用破流锥将主流破碎向四周散开，一部分主流继续冲击到达第一运动组件区域，若干条支流和另一部分主流到达第二运动组件区域；
16、根据气液混合体流速的大小调节电机的转速，驱动第一运动组件的离心杆旋转，从而带动到达第一运动组件区域的部分主流进行旋转运动，离心杆旋转带动离心叶片打散气液混合体产生微小气泡；
17、利用第二运动组件区域的若干条支流和另一部分主流的冲击力驱动切割件，使得切割件的刀片在第一刀片支座和第二刀片支座之间旋转，使得气液混合体产生微小气泡；
18、利用旋转中的桨叶对向喷射区移动汇合的微小气泡再次切割破碎，产生微纳米气泡。
19、本专利技术的有益效果：
20、相比现有技术而言，本专利技术的一种船用离心气泡发生器，在装置内部设置有多级破碎结构，对高压气液混合体进行多级多重分散破碎，可以快速且持续形成大量的微纳米气泡，同时避免微纳米气泡聚并成团。同时配合靠近筒体内壁处的螺旋形轨道，将微纳米气泡以螺旋形输送至筒体尾端汇合，提高了推进效率。
21、本装置可以持续产生微纳米气泡，而微纳米气泡被喷出气泡排出口后，在逆压力梯度的作用下逐渐膨胀破裂并对水流做功产生推力，同时部分微纳米气泡在反作用力的作用下，会依附到船体表面，减少了船体的运行阻力。
22、本工作方法可以对气液混合体进行多重破碎切割，可以持续产生大量直径更小的微纳米气泡，同时也避免了微纳米气泡之间的聚并成团现象，提供了最终的推进效率。
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1.一种船用离心气泡发生器，设于推进器末端，其特征在于：包括筒体、管道组件、第一运动组件和第二运动组件，所述管道组件包括进水管道和分流管口，所述分流管口设置在筒体内部，所述进水管道与分流管口连接并伸出筒体；所述第一运动组件包括旋转件和离心叶片，所述旋转件设置在筒体内部，并与管道组件间隔一定距离，所述旋转件与管道组件均位于筒体的中垂线上且按照气液混合体流向顺序布置；所述第二运动组件包括环形支座和切割件，所述环形支座设置在筒体内部底端，所述环形支座上设置有若干个切割件，所述切割件包括第一刀片支座、第二刀片支座、连杆和刀片，最下层所述切割件的第一刀片支座设置在环形支座上，所述第二刀片支座设置在第一刀片支座上方，所述连杆转动设置在第一刀片支座和第二刀片支座之间，所述刀片设置在连杆上，最下层所述切割件的第二刀片支座与相邻上层对应切割件的第一刀片支座连接，所述刀片呈十字形结构。
2.根据权利要求1所述的一种船用离心气泡发生器，其特征在于：所述筒体包括按照气液混合体流动方向依次连接的破碎区和喷射区，所述破碎区为中空圆柱体结构，所述破碎区的进水端设置有挡板，所述挡板上开设有缺口，所述
3.根据权利要求2所述的一种船用离心气泡发生器，其特征在于：所述分流管口插入缺口内设置在破碎区进水口的下端，所述分流管口呈中空的圆台型结构，所述分流管口包括进水口和出水口，所述分流管口的横截面直径沿着进水口向出水口的方向均匀减小，所述分流管口的侧壁上开设有若干个分流孔，所述分流管口的进水口与进水管道连接，所述进水管道远离分流管口的一端设置有安装座。
4.根据权利要求3所述的一种船用离心气泡发生器，其特征在于：所述进水管道的直径、分流管口的出水口直径、分流孔的直径之间的比例为1：(0.65-0.7)：(0.01-0.02)。
5.根据权利要求4所述的一种船用离心气泡发生器，其特征在于：所述旋转件包括环形支架、桨叶、离心杆、固定座和电机，所述环形支架水平转动设置在喷射区的侧壁上，所述桨叶呈一定角度倾斜设置，多个所述桨叶周向分布在环形支架内，所述桨叶一端与环形支架内侧壁连接，所述桨叶另一端与离心杆侧壁连接，所述电机与离心杆远离环形支架的一端连接，所述电机通过固定座与筒体内壁连接。
6.根据权利要求1所述的一种船用离心气泡发生器，其特征在于：多个所述离心叶片呈螺旋形结构分布在离心杆上，多个所述离心叶片的螺旋方向一致。
7.根据权利要求1所述的一种船用离心气泡发生器，其特征在于：所述环形支座设置在挡板上，所述环形支座上由下至上设置有若干个切割层，每个所述切割层均包括呈环形分布的内圈和外圈，所述内圈和外圈均由若干个切割件组成，上下对应的切割件相互叠加设置。
8.根据权利要求7所述的一种船用离心气泡发生器，其特征在于：靠近所述筒体破碎区的内侧壁处设置有螺旋形轨道，所述螺旋形轨道下端设置在挡板上，所述螺旋形轨道位于筒体破碎区的内侧壁与切割件之间。
9.根据权利要求5所述的一种船用离心气泡发生器，其特征在于：所述电机外侧设置有破流锥，所述破流锥的尖端朝向分流管口的出水口。
10.根据权利要求1-9任一项所述船用离心气泡发生器的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种船用离心气泡发生器，设于推进器末端，其特征在于：包括筒体、管道组件、第一运动组件和第二运动组件，所述管道组件包括进水管道和分流管口，所述分流管口设置在筒体内部，所述进水管道与分流管口连接并伸出筒体；所述第一运动组件包括旋转件和离心叶片，所述旋转件设置在筒体内部，并与管道组件间隔一定距离，所述旋转件与管道组件均位于筒体的中垂线上且按照气液混合体流向顺序布置；所述第二运动组件包括环形支座和切割件，所述环形支座设置在筒体内部底端，所述环形支座上设置有若干个切割件，所述切割件包括第一刀片支座、第二刀片支座、连杆和刀片，最下层所述切割件的第一刀片支座设置在环形支座上，所述第二刀片支座设置在第一刀片支座上方，所述连杆转动设置在第一刀片支座和第二刀片支座之间，所述刀片设置在连杆上，最下层所述切割件的第二刀片支座与相邻上层对应切割件的第一刀片支座连接，所述刀片呈十字形结构。
2.根据权利要求1所述的一种船用离心气泡发生器，其特征在于：所述筒体包括按照气液混合体流动方向依次连接的破碎区和喷射区，所述破碎区为中空圆柱体结构，所述破碎区的进水端设置有挡板，所述挡板上开设有缺口，所述喷射区为中空的圆台型结构，所述喷射区的截面直径沿着水流方向均匀减小。
3.根据权利要求2所述的一种船用离心气泡发生器，其特征在于：所述分流管口插入缺口内设置在破碎区进水口的下端，所述分流管口呈中空的圆台型结构，所述分流管口包括进水口和出水口，所述分流管口的横截面直径沿着进水口向出水口的方向均匀减小，所述分流管口的侧壁上开设有若干个分流孔，所述分流管口的进水口与进水管道连接，所述进水管道远离分流管口的一端设置...
【专利技术属性】
技术研发人员：沈中祥，罗嘉鑫，张雨婷，雍允豪，毕玙璠，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：
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