stringtranslate.com

Синтетическая струя

В гидродинамике синтетический струйный поток — это тип струйного потока , который состоит из окружающей жидкости . [1] Синтетические струи производятся путем периодического выброса и всасывания жидкости из отверстия. Это колебательное движение может осуществляться поршнем или диафрагмой внутри полости, среди прочих способов. [2] [3] [4]

Струйный поток — это поток жидкости, в котором поток одной жидкости смешивается с окружающей средой. Примером может служить струя воды, которая образуется, когда вы кладете большой палец на конец шланга. Вода смешивается с воздухом, образуя струю. Если вы увеличите поток воды или переместите большой палец, чтобы изменить диаметр выходного отверстия, струя резко изменится.

Струйные течения изменяются в зависимости от скорости и диаметра потока, а также плотности и вязкости жидкости ( числа Рейнольдса и числа Маха ). Когда скорости в струе больше скорости звука, происходят важные качественные изменения потока. Одним из таких изменений является образование ударных волн . [5]

Синтетический струйный поток был так назван Ари Глезером, поскольку поток «синтезируется» из окружающей или внешней жидкости. Для создания конвекционной струи требуется внешний источник жидкости, такой как сжатый воздух по трубопроводу или водопровод для воды.

Устройства Synjet

Синтетический струйный поток может быть создан несколькими способами, например, с помощью электромагнитного привода, пьезоэлектрического привода или даже механического привода, такого как поршень. Каждый из них перемещает мембрану или диафрагму вверх и вниз сотни раз в секунду, всасывая окружающую жидкость в камеру, а затем выталкивая ее. Хотя механизм довольно прост, чрезвычайно быстрая цикличность требует высокого уровня инженерии для создания устройства, которое будет долго работать в промышленных приложениях.

Для управления температурой горячих точек, Synjet, коммерчески предлагаемый компанией Nuventix из Остина, штат Техас, [6] был запатентован в 2000 году инженерами Georgia Tech. [7] Крошечный модуль Synjet создает струи, которые могут быть направлены в точные места для промышленного точечного охлаждения. Традиционно металлические радиаторы отводят тепло от электронных компонентов в воздух, а затем небольшой вентилятор выдувает горячий воздух. Модули Synjet заменяют или дополняют вентиляторы охлаждения для таких устройств, как микропроцессоры, микросхемы памяти, графические чипы, батареи и радиочастотные компоненты. Кроме того, технология SynJet использовалась для управления температурой светодиодов высокой мощности [6] [8]

Синтетические реактивные модули также широко исследовались для управления потоком воздуха в самолетах с целью увеличения подъемной силы, повышения маневренности, контроля сваливания и снижения шума. [9] Проблемы применения технологии включают вес, размер, время отклика, силу и сложность управления потоками. [10] [11] [12] [13]

Исследователь из Калифорнийского технологического института даже испытал синтетические реактивные модули для обеспечения тяги для небольших подводных аппаратов, смоделированные по образцу естественных струй, которые производят кальмары и медузы. [14] Недавно исследовательская группа Школы инженерии Университета Тейлора (Малайзия) успешно использовала синтетические струи в качестве перемешивающих устройств. [15] Синтетические струи оказались эффективными перемешивающими устройствами, особенно для материалов, чувствительных к сдвигу.

Ссылки

  1. ^ Смит, Бартон; Глезер, Ари (1998). «Смит, Б. Л., и Глезер, А. (1998). Формирование и эволюция синтетических струй». Физика жидкостей . 10 (9): 2281–2297. doi :10.1063/1.869828.
  2. ^ Агравал, Амит; Верма, Гунджан (2008). «Анализ подобия плоских и осесимметричных турбулентных синтетических струй». Международный журнал по тепло- и массообмену . 51 (25–26): 6194–6198. doi :10.1016/j.ijheatmasstransfer.2008.04.011.
  3. ^ Котапати, Рупеш Б.; Миттал, Раджат; Луис, Н. Каттафеста III (2007). «Численное исследование переходной синтетической струи в неподвижном внешнем потоке». Журнал механики жидкости . 581 : 287–321. Bibcode : 2007JFM...581..287K. doi : 10.1017/S0022112007005642. S2CID  7596423.
  4. ^ Камран Мохсени; Раджат Миттал (2014). Синтетические струи: основы и применение . CRC Press. ISBN 9781439868102.(http://www.crcpress.com/product/isbn/9781439868102 Архивировано 22 сентября 2014 г. на Wayback Machine )
  5. ^ Американский словарь наследия
  6. ^ ab "Nuventix - Активное управление температурой, охлаждение горячих точек, теплообменники с воздушным охлаждением: Nuventix". Архивировано из оригинала 2009-01-05 . Получено 2009-01-13 .
  7. ^ "Компания VentureLab коммерциализирует синтетические струи для охлаждения". Архивировано из оригинала 2006-09-02 . Получено 2007-09-18 .
  8. ^ "Aavid, Thermal Division of Boyd Corporation". Архивировано из оригинала 2015-04-07 . Получено 2013-02-07 .
  9. ^ KOTAPATI, RUPESH B.; MITTAL, RAJAT; MARXEN, OLAF; HAM, FRANK; YOU, DONGHYUN; CATTAFESTA, LOUIS N. (2010-05-11). "Нелинейная динамика и управление каноническим отрывным потоком на основе синтетических струй". Journal of Fluid Mechanics . 654 . Cambridge University Press (CUP): 65–97. Bibcode :2010JFM...654...65K. doi :10.1017/s002211201000042x. ISSN  0022-1120. S2CID  9803739.
  10. ^ "Сайт MRS: Пьезоэлектрические актуаторы для синтетических струйных приложений".[ постоянная мертвая ссылка ]
  11. ^ http://scitation.aip.org/getabs/servlet/GetabsServlet?prog=normal&id=JFEGA4000129000007000825000001&idtype=cvips&gifs=yes [ мертвая ссылка ]
  12. ^ "Активное управление потоком с помощью методов адаптивного проектирования для повышения безопасности полетов". sbir.nasa.gov . Архивировано из оригинала 2021-06-09 . Получено 2021-10-27 .
  13. ^ "Устройство, способ и система для снижения шума газотурбинного двигателя - Патент США 7159383 Формула изобретения". Архивировано из оригинала 2014-01-07 . Получено 2014-01-07 .
  14. ^ Томас, AP; Милано, M.; Г'Селл, MG; Фишер, K.; Бердик, J. (2005). "Синтетическое реактивное движение для малых подводных транспортных средств". Труды Международной конференции IEEE 2005 года по робототехнике и автоматизации (PDF) . стр. 181–187. doi :10.1109/ROBOT.2005.1570116. ISBN 0-7803-8914-X. S2CID  15262116. Архивировано (PDF) из оригинала 2017-12-02 . Получено 2019-07-15 .
  15. ^ Аль-Атаби, Муштак (2011-09-01). "Экспериментальное исследование использования синтетических струй для смешивания в сосудах". Журнал по гидродинамике . 133 (9). ASME International. doi :10.1115/1.4004941. ISSN  0098-2202. Архивировано из оригинала 2014-02-23 . Получено 2014-02-07 .