專利名稱：變橫截面的流動(dòng)通道的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一個(gè)高頻加熱器，在這個(gè)高頻加熱器之內(nèi)一個(gè)介質(zhì)在運(yùn)行期間流過一個(gè)流動(dòng)通道，該流動(dòng)通道至少具有在一個(gè)主流動(dòng)的方向不連續(xù)的橫截面延伸，其具有這樣的一個(gè)方式，即限定流動(dòng)通道的至少一個(gè)壁具有一個(gè)實(shí)質(zhì)上橫截于主流動(dòng)方向伸展的階梯。
在燃燒技術(shù)中，經(jīng)常在廣泛的變化的流速范圍內(nèi)工作。但是，由于火焰穩(wěn)定性的原因，在高頻加熱器中的流速被限制在十分低的數(shù)值，由于不同的原因經(jīng)常必須向高頻加熱器提供具有高速的入口流動(dòng)。因?yàn)閷?duì)安裝尺寸的要求，通常不可能以一個(gè)連續(xù)的方式將入口流動(dòng)減速達(dá)到一個(gè)高頻加熱器。結(jié)果，十分經(jīng)常采用具有不連續(xù)的橫截面延伸突然擴(kuò)張的擴(kuò)散管。盡管這些實(shí)質(zhì)上將造成總壓力上損失，它們提供了十分簡單的安裝。另外，十分希望在突然擴(kuò)張的擴(kuò)散管中產(chǎn)生回流，特別是對(duì)于在高頻加熱器中火焰穩(wěn)定性。
可是，出現(xiàn)在突然擴(kuò)張的擴(kuò)散管中的渦流結(jié)構(gòu)在特定的情況下也可能會(huì)帶來破壞的結(jié)果，特別是當(dāng)突然擴(kuò)張擴(kuò)散管作為一個(gè)不連續(xù)的橫截面延伸的流動(dòng)通道被簡單地設(shè)計(jì)。在這種情況下，在該流動(dòng)通道中存在一個(gè)實(shí)質(zhì)上橫截于主流動(dòng)方向擴(kuò)展的階梯并且這個(gè)階梯作為一個(gè)用于流動(dòng)的分離邊緣。在一個(gè)具有足夠大流速的入口流動(dòng)流向這個(gè)階梯的情況中，形成周期分離的旋渦，其平行于這個(gè)邊緣伸展。這樣產(chǎn)生的連貫的旋渦結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上能夠無阻尼地沿著流動(dòng)的方向擴(kuò)展。當(dāng)這些周期的旋渦結(jié)構(gòu)達(dá)到熱量供應(yīng)位置-一般為火焰-由于因此得到的體積上的增大，則由這些旋渦產(chǎn)生的周期壓力波動(dòng)被明顯表現(xiàn)并被放大。結(jié)果，出現(xiàn)高振幅的熱聲振動(dòng)并且這些集中在一個(gè)窄的頻段內(nèi)的高水平的振動(dòng)能量和具有潛在的永久的對(duì)高頻加熱器的結(jié)構(gòu)的破壞。
現(xiàn)有的精確的燃?xì)鉁u輪機(jī)技術(shù)-局部具有高流速，高放熱率和高壓力-這樣對(duì)于燃燒室的可靠工作，這些熱聲振動(dòng)起到一個(gè)決定性的作用。因此對(duì)于燃?xì)鉁u輪機(jī)站和組合動(dòng)力站的生產(chǎn)制造，對(duì)它們的掌握是基本的先決條件。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是，如上所述，防止在一個(gè)高頻加熱器中在一個(gè)狹窄的頻率范圍內(nèi)出現(xiàn)高壓力波動(dòng)，在這個(gè)高頻加熱器之中一個(gè)介質(zhì)在工作期間流過一個(gè)流動(dòng)通道，該流動(dòng)通道至少具有在一個(gè)主流動(dòng)的方向不連續(xù)的橫截面延伸，其具有這樣的一個(gè)方式，即限定流動(dòng)通道的至少一個(gè)壁具有一個(gè)實(shí)質(zhì)上橫截于主流動(dòng)方向伸展的階梯。
根據(jù)本發(fā)明，這可以通過一個(gè)結(jié)構(gòu)來完成，其中在該階梯的上游布置許多的渦流產(chǎn)生元件，渦流生產(chǎn)元件被布置得橫截于主流動(dòng)方向沿直線延伸，相互之間具有一個(gè)側(cè)向間距尺寸的距離，和其中，為了干涉連貫的周期分離渦旋，該渦旋的分離頻率低于一個(gè)限制頻率，該側(cè)向間距尺寸比與在該階梯的主流動(dòng)的下游中的限制頻率相關(guān)的波長的一半要小，所以下列條件被滿足t≤uc2fG]]>其中比例t代表該渦旋產(chǎn)生元件結(jié)構(gòu)的側(cè)向間距尺寸，uc代表該階梯的主流動(dòng)下游的速度和fG代表限制頻率。由于這些元件引入到入射流動(dòng)中的擾動(dòng)，使在該階梯處不存在均勻的流場，所以在該階梯處，不能出現(xiàn)更多的分離渦旋，該分離渦旋在該階梯的整個(gè)橫截的范圍上具有恒定的相位位置。結(jié)果，在橫截于主流動(dòng)方向?qū)е铝肆鲌鲋械奶荻?，以便于在另一方面，分離渦旋實(shí)質(zhì)上被更快地消散；另外，同相的分離渦旋不再到達(dá)火焰，所以更有效地防止在開始描述的熱聲振動(dòng)的破壞的出現(xiàn)。
另外，有利的是，對(duì)于渦旋產(chǎn)生元件布置在該階梯上游的不超過側(cè)向間距尺寸的20％處，以便于這些渦旋在達(dá)到該階梯之前不能自身消散。
另外，該渦旋產(chǎn)生元件的高度應(yīng)當(dāng)不超過該間距尺寸的20％，以便于不會(huì)造成過多的壓力損失；引入到邊界層中的渦旋自身足夠達(dá)到所需的效果。
將渦旋產(chǎn)生元件相對(duì)于另一個(gè)渦旋產(chǎn)生元件在流動(dòng)方向偏移一個(gè)小的距離也是有利的，以便于將渦旋的相位相對(duì)于另一個(gè)渦旋的相位發(fā)生移動(dòng)并進(jìn)一步增進(jìn)衰減。
在歐洲專利EP0745809A1中描述了一個(gè)渦旋產(chǎn)生元件的優(yōu)選幾何結(jié)構(gòu)，其代表一個(gè)組成部分的公布公告結(jié)合到本說明書中。
通過結(jié)合附圖參考以下詳細(xì)的描述將會(huì)容易得到并更好理解本發(fā)明的一個(gè)更加全面的評(píng)價(jià)和附帶的優(yōu)點(diǎn)，其中

圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子，其具有產(chǎn)生渦流的元件和一個(gè)階梯的流動(dòng)通道壁。
圖2和3顯示了生產(chǎn)渦流元件的可選的布置。
圖4顯示了產(chǎn)生渦流元件的優(yōu)選的幾何形狀。
現(xiàn)參考附圖，其中在全部的幾幅圖中相同的參考數(shù)字指示相同的或相應(yīng)的部件，一個(gè)流動(dòng)通道，流體會(huì)沿圖1中箭頭U所指示的方向流過該流動(dòng)通道。管壁8的階梯10實(shí)質(zhì)上橫向于主流動(dòng)方向U擴(kuò)展，以造成一個(gè)不連續(xù)的流動(dòng)通道的橫截面延伸。在這個(gè)擴(kuò)展上出現(xiàn)流體的分離。在這個(gè)布置中，作為一個(gè)垂直階梯代表的幾何形狀不是必不可少的；對(duì)于階梯具有一個(gè)負(fù)的或正的下部切開，具有一個(gè)表示一個(gè)限制因素的安裝長度，特別是在負(fù)下部切開的情況下，這也是十分可能的。
在流體高速流過這樣一個(gè)階梯的情況下，會(huì)出現(xiàn)周期的分離。在一個(gè)橫截于入射流體的平滑階梯上方，特別是，連貫的分離渦旋所形成的它的相位位置在整個(gè)橫截范圍上幾乎是恒定的，如開始所述的，其在主流動(dòng)方向上的擴(kuò)散幾乎沒有減弱。如果分離渦旋達(dá)到熱量供應(yīng)的位置，與它們相關(guān)的壓力波動(dòng)將被放大并且出現(xiàn)前面所述的熱聲振動(dòng)。
通過在該階梯的上游布置渦旋產(chǎn)生元件20，該渦旋產(chǎn)生元件20橫向于主流動(dòng)方向直線布置，就可以避免連貫的分離渦旋的形成。分離渦旋出現(xiàn)在渦旋產(chǎn)生元件20的尖端218處，該分離渦旋布置得具有一個(gè)側(cè)向間距尺寸t。這些分離渦旋可以避免連貫分離渦旋的形成，該連貫分離渦旋在該階梯的主流動(dòng)下游與另一個(gè)連貫分離渦旋之間的距離大于該間距尺寸t的兩倍。大于一個(gè)限制頻率fG的分離頻率于是被有效地減弱，fG可由關(guān)系式fG＝uc/2t得到。在這個(gè)方程中，uc是分離渦流的對(duì)流速度，即該階梯的主流動(dòng)下游的速度。因?yàn)榭梢詮奈锢黻P(guān)系中容易地認(rèn)識(shí)到，對(duì)于該間距尺寸能夠選擇一個(gè)極大的公差-在渦旋產(chǎn)生元件之間的均勻的距離不是本發(fā)明的基本之處。
該渦旋產(chǎn)生元件的高度h優(yōu)選選擇具有相當(dāng)小的尺寸，以便于不產(chǎn)生不合需要的壓力損失。h＝0.2t的尺寸是完全足夠的，因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明在主流動(dòng)中不應(yīng)當(dāng)引入渦旋，但是只產(chǎn)生小的渦旋，其與在該階梯處的分離渦旋相互干涉并且破壞了它們的側(cè)向連貫。結(jié)果，這足夠影響用于根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明功能的邊界層的一部分。當(dāng)然，該渦旋產(chǎn)生元件的大小能夠位于一個(gè)寬的限制之內(nèi)并且它不是用于執(zhí)行以上設(shè)置條件的絕對(duì)需要，以為了滿足所設(shè)定的目的；可是該渦旋產(chǎn)生元件然后降低了效果。
圖2顯示了該渦旋產(chǎn)生元件的一個(gè)可選的結(jié)構(gòu)。這些元件不需要必須直接布置在該階梯上，如圖1所示，它們的尖端218可以十分好地布置在該階梯上游的一個(gè)距離s處。這個(gè)距離s當(dāng)然不是一直必須相同-不同的渦旋產(chǎn)生元件能夠在主流動(dòng)方向具有不同的位置?？墒?，對(duì)于位于上游最遠(yuǎn)處的元件，尺寸s優(yōu)選不超過間距尺寸t的20％。
如圖2所指示的，該渦旋產(chǎn)生元件的幾何結(jié)構(gòu)對(duì)于本發(fā)明可能首先不是基本的。如一個(gè)例子，圖3所示的一個(gè)變化，其相對(duì)于生產(chǎn)技術(shù)特別簡單并且其中深度h的凹口以一個(gè)側(cè)向距離分隔t被切削到該階梯之中。
如果，在另一方面，該渦旋產(chǎn)生元件具有一個(gè)升高的結(jié)構(gòu)，在圖4中描述了該變化，和從歐洲專利EP0745809A1所知的結(jié)構(gòu)，則能夠被有利地使用。EP0745809A1代表了一個(gè)整體結(jié)合到本發(fā)明的組成部分。在其中，一個(gè)渦旋產(chǎn)生元件具有三個(gè)面212，213和214，在該流動(dòng)周圍自由出現(xiàn)，在這些面中兩個(gè)形成了側(cè)面213和214，和一個(gè)形成了頂面212。側(cè)面213和214在該管壁8的外面的延伸沿著流動(dòng)方向增加，然而側(cè)面之間的距離減少并且高度在一個(gè)下游點(diǎn)處達(dá)到最大，在該點(diǎn)處，兩個(gè)側(cè)面會(huì)合。頂面212是相對(duì)的三角形并且代表一個(gè)在流動(dòng)方向離開壁8的傾斜的削尖。離開壁8的渦旋產(chǎn)生元件的最大h的范圍出現(xiàn)在一個(gè)位置，在該位置所有的三個(gè)面212，213和214會(huì)合；尖端218被限定在該點(diǎn)處。
很明顯，根據(jù)上述的說明，可以對(duì)本發(fā)明作大量的修改和變化。因此，要理解的是，在所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)，除了這里所進(jìn)行的具體描述，本發(fā)明另外可以被實(shí)施。
標(biāo)號(hào)列表說明8 流動(dòng)通道的管壁10 階梯20 渦旋產(chǎn)生元件212頂面213側(cè)面214側(cè)面218尖端fG限制頻率h 渦旋產(chǎn)生元件的高度s 階梯10的上游上的尺寸t 間距尺寸uc對(duì)流速度U 主流動(dòng)
權(quán)利要求
1.一個(gè)高頻加熱器，在這個(gè)高頻加熱器之內(nèi)一個(gè)介質(zhì)在運(yùn)行期間流過一個(gè)流動(dòng)通道，該流動(dòng)通道至少具有在一個(gè)主流動(dòng)的方向不連續(xù)的橫截面延伸，其具有這樣的一個(gè)方式，即至少一個(gè)限定流動(dòng)通道的壁具有一個(gè)實(shí)質(zhì)上橫截于主流動(dòng)方向伸展的階梯，其中在該階梯的上游布置許多的渦流產(chǎn)生元件，渦流生產(chǎn)元件被布置得橫截于主流動(dòng)方向沿直線延伸，相互之間具有一個(gè)側(cè)向間距尺寸的距離，和其中，為了干涉連貫的周期分離渦旋，該渦旋的分離頻率低于一個(gè)限制頻率，該側(cè)向間距尺寸比與限制頻率相關(guān)的波長的一半要小，該限制頻率在該階梯的主流動(dòng)的下游中，t≤uc2fG]]>所以下列條件被滿足其中比例t代表該渦旋產(chǎn)生元件結(jié)構(gòu)的側(cè)向間距尺寸，uc代表該階梯的主流動(dòng)下游的速度和fG代表限制頻率。
2.如權(quán)利要求1所述的高頻加熱器，其特征在于，其中將該渦旋產(chǎn)生元件的下游邊緣布置在該階梯的上游的小于側(cè)向間距尺寸的20％處。
3.如權(quán)利要求1所述的高頻加熱器，其特征在于，其中該渦旋產(chǎn)生元件的高度應(yīng)當(dāng)小于該側(cè)向間距尺寸的20％。
4.如權(quán)利要求1所述的高頻加熱器，其特征在于，其中將渦旋產(chǎn)生元件相對(duì)于另一個(gè)渦旋產(chǎn)生元件在主流動(dòng)方向偏移一個(gè)尺寸，該尺寸小于該側(cè)向間距尺寸的20％。
5.如權(quán)利要求1所述的高頻加熱器，其特征在于，其中很多切削的凹口被機(jī)械加工到限定該流動(dòng)通道的壁中，以為了在階梯的位置產(chǎn)生渦旋產(chǎn)生元件，該切削的凹口的相互之間的距離對(duì)應(yīng)于該側(cè)向間距尺寸。
全文摘要
在高頻加熱器和燃燒器中,需要一個(gè)流動(dòng)通道的不連續(xù)的橫截面延伸。當(dāng)流動(dòng)(U)經(jīng)過成形在該流動(dòng)通道的壁(8)上的階梯(10),在此形成的連貫的側(cè)向分離渦旋被沿該階梯的下游幾乎無減弱的傳播并且經(jīng)常表示造成高度放大的熱聲振動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明,具有一個(gè)側(cè)向間距尺寸的渦旋產(chǎn)生元件(20)被橫截于主流動(dòng)(U)布置在該階梯的一個(gè)距離(s)的上游處。如果給定一個(gè)有利的間距尺寸的選擇,該分離渦旋的側(cè)向連貫永久地被消滅。
文檔編號(hào)F23R3/18GK1254073SQ99122360
公開日2000年5月24日 申請(qǐng)日期1999年11月3日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月6日
發(fā)明者阿德南·埃爾奧盧, 弗朗茨·約斯, 貝蒂納·派克特, 克里斯蒂安·奧利弗·帕舍爾艾特, 雅各布·J·凱勒 申請(qǐng)人:瑞典通用電氣－布朗－博韋里股份公司