CN111495227A - 流动调节系统 - Google Patents

Abstract

一种用于管道的流动调节系统。流动调节系统包括预处理器，该预处理器修改分布不均的上游流动，为管道内流动的流体提供可预测的下游流。定向流动调节器还包括在预处理器下游的固定流动几何结构。固定流动几何结构进一步调节来自预处理器的上游流体流，以提供具有基本均匀的流动分布的下游流。流动调节系统将具有分布不均的流动分布(例如由管道内的部件，结构或阻塞引起的分布不均的流动分布)的上游流体转换为流动调节系统下游的在可用轴向管道长度内的基本均匀的流动分布，从而使流体可以与位于流动调节系统下游的管道内的设备(例如热交换器)进行有效交互。

Description

流动调节系统

联邦资助的研究

本发明是在政府支持下完成的。美国政府可以拥有本发明的某些权利。

技术领域

本发明大体上涉及在径向方向上校正通道或管道内的分布不均的流动分布，并且更具体地涉及初始调节燃气涡轮发动机中具有可变入口轮廓的各种管道中的流体流，以去除流体流场中的变化。

背景技术

燃气涡轮发动机，包括但不限于通过燃烧燃料并从燃烧的燃料中提取能量发电而运行的飞行器发动机。大气从环境被吸入发动机内。在旁路飞行器发动机中，空气被风扇吸入发动机机舱内。吸入管道的空气然后分成核心气流和旁路气流，核心气流部分被引导到发动机核心，并传递到发动机的压缩机部分，在压缩机部分被多级压缩到明显更高的压力和温度，而旁路气流部分被引导到旁路管道、允许空气的一部分绕过发动机核心的环形通道中。

然后，在发动机核心中，一部分压缩空气与燃料混合并在燃烧器中被点燃，以产生高能燃烧气体。然后，高能燃烧气体流经发动机的涡轮区段，该涡轮区段包括多个涡轮级，每个级包括安装在转子上的涡轮轮叶和涡轮叶片。高能燃烧气体会产生恶劣的环境，导致下游硬件的氧化，侵蚀和腐蚀。涡轮叶片从高能燃烧气体中提取能量，并转动安装有转子的涡轮轴。轴可以产生机械动力或可以直接发电。压缩空气的一部分还用于冷却压缩机下游的涡轮发动机的部件，例如燃烧器部件。通过涡轮区段的热气体进入排气区段，并通过排气喷嘴排出，提供推力以推动飞行器应用中的飞行器。在高性能飞行器发动机中，排气区段可以包括增强器，也称为加力燃烧器，其根据需要燃烧燃料以为飞行器提供按需附加推力。

旁路涡轮发动机中的旁路管道可包括静态结构和可移动部件。这些静态结构和部件可以包括热交换器，飞行器的服务管线，发动机附件的结构支撑件以及用于将空气流去除或引入旁路管道的固定斗。可移动部件可包括用于调节流向旁路管道的气流的致动门或可移动斗。所有这些结构和部件都会影响管道内流动的流体的速度分布，从而导致不良的非均匀速度分布。在高性能飞行器发动机中，一些旁路空气可能会转移到排气系统以支持增强器燃烧。未转移用于冷却并添加到发动机排气中燃烧热气体中的空气将离开旁路喷嘴，从而有助于飞行器的推动。

流体(诸如进入发动机机舱等通道的空气，或进入诸如排气管道等通道的燃烧热气体)可能会随着流(也就是说，沿着部件的横截面具有不规则或不均匀的速度的气流)的变化而被引入到该通道中。如本文所用，“分布不均”是指与均匀速度或压力场具有较大偏差的流动。造成通过该通道的不规则或分布不均的原因还包括通道内的结构，例如热交换器，气流斗，服务管线，支柱，支撑托架和其他结构支撑件，以及其他可能进一步改变流体在管道中流动的速度的可变几何特征。

管道中的这种分布不均的流动是不希望的，因为这会导致管道中的流动效率低。例如，当入口流具有基本均匀的流动分布并且在整个管道横截面上具有基本均匀的速度时，管道内的热交换器通常更有效。

所需要的是一种流动调节器，其减少分布不均的流动条件，同时在现有轴向长度的管道内提供基本均匀的速度分布。理想的是，流动调节器可修改管道中的流动条件，以去除现有轴向长度的管道内流体的速度分布的实质差异，同时将压力损失最小化，减少由于分布不均的流动条件而导致的能量损失。

发明内容

一种流动调节系统，其至少部分地横跨管道延伸，定向地调节管道内的诸如气体的流体的流动。流动调节系统可以在管道中利用，其流动长度比传统的流动调节器短至少一个数量级。流动调节系统包括具有流动偏转功能的预处理器，该预处理器将管道中的整个流朝向管道的预选部分引导，从而增加气体压力并降低气体速度，以便去除管道中可能存在的任何结构引入流中的任何不均匀性。然后可以通过预处理器下游的固定流动几何结构来形成预定的流动分布，该固定流动几何结构在产生压力降的情况下在径向方向上恢复流动分布的均匀性。

固定流动几何结构包括静态混合器，该静态混合器至少部分地横跨管道延伸，从而创建用于管道内的流体通过的通道或用于管道内的流体通过的多个通道。固定流动几何结构可以是扩散器。当流体从管道的前端横穿到后端时，至少一部分的流体经过固定流动几何结构。

流动调节系统定向地调节管道中的流体的流动，从而除去由于流动调节系统的上游引入的变化和不规则性而导致的分布不均的流动的至少一些。管道内的上游结构可能会在管道内造成该流动分布不均，分布不均的流动的具体位置取决于上游结构及其位置。通过设计固定流动几何结构的通道和壁的几何形状，在流体横穿流动调节系统的下游时流动调节系统还为流体提供预定的和特定的流出分布，从而去除分布不均的流动，同时在更短的轴向距离内以最小的压降获得更均匀的流动分布。

流动调节系统可以具有任何形状，但是位于预处理器下游的流动调节系统的固定流动几何结构为管道(例如具有小半径的前缘)中流动的气体提供了平滑的流动路径，并且基于预定的入口分布和管道几何形状被独立地定位和独立地成形，起到每个流动通道的作用，以在管道中的可用轴向距离内优化排放分布的均匀性。

管道中分布不均的流体流首先被流动调节系统的预调节器导通到至少一个通道中，该通道开口小于管道开口。通过预调节器导通到通道中的流体的速度被增加，而其压力被减小。预调节器通过导通该流体使流体收缩，去除了流体速度的某些变化，同时提供了更均匀性。进入固定流动几何结构的流体的分布不均更少。在离开固定流动几何结构时，流体具有更均匀的速度，并且分布不均的流动已被去除。当在固定流动几何结构的出口处的面积增加时，流体的速度降低，压力增加，如在标准文丘里流动中一样。但是，由于速度波动，将预调节器放置在管道入口附近或与之相邻并且在导致分布不均的流动的下游结构的后方会降低从流动调节系统的入口到流动调节系统的出口的压力损失，例如在不具备此特征的现有技术管道中会经历这种情况，因为现有技术的流动调节器比本发明的定向流动调节系统需要更长的轴向流长度或在可用的轴向流长度中提供不可接受的高压降。

本发明的流动调节系统的优点在于，它减小了可变的上游几何形状对流动的影响，从而最小地影响下游部件，同时允许管道内的固定几何形状混合器。

本发明的流动调节系统的优点在于，它提供了预定的出口分布，具有最小的空间要求和低的压力损失。

当在热交换器的上游使用时，流动调节系统通过横跨飞行包络线提供更均匀的速度同时最小化空间需求，所需的流动长度比现有技术的流动调节器短一个数量级，来提高热交换器的效率和功效。

本发明的流动调节系统的另一个优点是，它可以用作某些管道中反漩涡轮叶(deswirling vane)的替代。

本发明的流动调节系统的又一个优点是，它可以用在需要对入口条件具有鲁棒性(robustness)，混合空间有限，压力损失低并且需要预定的特定出口分布的任何管道或通道中。

本发明的流动调节系统的另一个优点是它可以用在任何管道中。管道壁可以是圆形的，平行的或不平行的，并且管道流动面积沿其轴向流动长度可以是不恒定的，从而允许在任何形状的管道中使用。这使得本发明在航空航天推进应用中特别有用，在航空航天推进应用中希望在现有管道长度内减小扩散长度。

本发明的流动调节系统的又一个优点是，它可以被用于以预选的流动模式将离开固定流动几何结构的流分离，即使分离的流中分布不均的流动已被去除。因此，与朝向管道的内侧部分相比，可以将更多的流体朝向管道的一部分(例如外侧)引导。

通过以下结合附图对优选实施例的更详细描述，本发明的其他特征和优点将变得显而易见，所述附图以示例的方式示出了本发明的原理。

附图说明

图1是本发明的定向流动调节器的第一实施例，其利用了预处理器和固定流动几何结构，并且描绘了定向流动调节系统的上游的处于关闭位置的门和下游的直管道中的诸如热交换器或蜂窝状结构的装置。

图2是本发明的定向流调节系统的第二实施例，其利用固定流动几何结构上游的多个预处理器来调节流向该流动调节系统下游的弧形管道中的装置(如热交换器或蜂窝结构)的入口流动。

图3描绘了在离开本发明的流动调节系统的预处理器和固定流动几何结构的前部之后的管道中的气流的可能角度。

图4描绘了本发明的流动调节系统的固定流动几何结构接口的各种示例性几何形状。

图5示出了相对于本发明的流动调节系统的示例性管道壁角度。

图6是图3、4或5的低损失固定流动几何结构的示例性入口的横截面。

图7(a)和7(b)描绘了本发明的流动调节器的示例性几何形状。图7(a)描绘了流动调节器的前视图。图7(b)描绘了图7(a)的流动调节器的一部分的等距视图。

具体实施方式

流动调节器用于管道中以调节流体的流动。在燃气涡轮发动机中，用于调节气流的众所周知的流动调节器包括定子轮叶，该定子轮叶是一排附接到轴流式涡轮的壳体的小翼型件，定位在燃气涡轮发动机的压缩机或涡轮区段中的转子之间，以便将预定的漩涡赋予流体流，以使其进入压缩机或涡轮，从而允许压缩机或涡轮以最大效率运行，同时避免诸如失速或喘振之类的不良情况。虽然这些定子轮叶可以是固定的，但它们通常可以旋转，以便更好地将入口条件与压缩机或涡轮的运行相匹配，以实现最大效率。这些定子轮叶不一定用于矫正流动，而是用于向入口流施加预定量的漩涡。用于去除管道中流体流的不规则性的其他流动调节器包括利用文丘里效应的管道中的收缩。这些流动调节器通常需要相当长的管道来操作，这使得它们在只有短管道区段可用于去除不规则流体流动分布的情况下不切实际。结果，在许多管道中，由于不规则的流体流动分布，从入口到出口可能会有相当大的压力损失，从而降低了流过管道以及流向管道中的依赖于有效，均匀流体流动分布的任何辅助设备的流体流的效率。

本发明提供了一种在管道内的定向流动调节系统，其在最小轴向管道长度内去除了分布不均的流体流动分布。如本文所使用的，流体流动分布，或简称为流动分布，是指在管道内流动的流体的速度分布。分布不均的流动，不规则流动或分布不均的流动分布是指在管道横截面上流体速度基本不均匀分布的流动分布，而均匀的流动分布是指在管道横截面上流体速度基本均匀分布的流动分布。本发明对通过管道的流动进行调节，以去除分布不均的流动，从而在比现有技术流动调节器更短的流动长度内提供均匀的流动分布，而现有技术流动调节剂在这种情况下是不实用的。本发明的定向流动调节系统可用于任何管道，其中流体流动并且其中管道内结构会导致分布不均的流动分布，不希望地降低流体的效率，并且其中该管道缺乏使用常规的流动调节器来恢复均匀的流动分布所必需的管道长度。

如本文所用，流体可以指气体或液体。当参考包括飞行器发动机的燃气涡轮发动机使用流体时，流体可以指通过发动机风扇前方的机舱进入发动机前部进入，然后可以分成旁路空气或压缩机空气的空气。流体也可以指从发动机的燃烧器区段进入发动机的涡轮区段并向后通过排气口以推动发动机所固定的运载工具的燃烧热气体。如本文所使用的，管道包括其中流体从入口端流向出口端的任何封闭结构。如本文中所使用的，管道内的上游结构或部件可以是任何影响定向流动调节系统上游的管道中的流体流的障碍或阻塞，其会给管道中的流体赋予分布不均的流动分布。示例性的上游结构或可移动部件包括支柱，门，支撑托架和延伸到燃气涡轮中的管道，涡轮和风扇框架中的其他硬件，以及延伸到飞机发动机的排气管道中的增强器和增强器支撑硬件。如本文所使用的，管道的前端是最靠近其入口端的一端，而后端是最靠近出口端的一端。当参考飞行器涡轮发动机中的管道使用时，管道的前端相对于发动机的入口端或风扇端定位，而管道的后端相对于发动机的排气端定位，从而与飞行器涡轮发动机的命名法一致。前端和后端的这种解释在两种用法中是一致的。

本发明的流动调节系统在轴向方向上调节管道中的流体的流动分布，从而去除了流动调节系统上游的流动分布中存在的变化。因此，流动调节系统可用于调节由管道中的各种部件和结构或阻塞物所干扰从而产生分布不均的流动分布的流体的流动，从而指导定向流动调节器的放置以校正分布不均的流动分布。流体流动也可能进入具有不规则流动分布的管道，该不规则流动分布可能会由于管道内的结构而进一步加剧。例如，在飞机发动机中，在发动机的前端进入机舱的空气通常具有不规则的流动分布，并且流动调节系统可以期望地在该进入空气到达风扇之前去除一些分布不均的流动分布。由于管道的弯曲部或例如管道内的支撑结构或设备，在管道中(例如，在旁路管道中或在排气管道中)流动的气体也可能经历分布不均的流动分布。定向流动调节系统可以放置在这些特征的下游，从而可以使由于与这些特征的相互作用而经历分布不均的流体进入流动调节系统中，从而可以校正分布不均的流动分布并且可以恢复基本均匀的流动分布。对于管道弯曲部，可以将定向流动调节系统设置在弯曲部的上游，这样进入弯曲部的流体可以以一定的角度引导到弯曲部中，从而提供基本均匀的流动分布。或者，可将定向流动调节系统放置在弯曲部的下游，以校正由与弯曲部处的管道边界相互作用的流体引入的任何分布不均的流动分布。

一种流动调节系统，其至少部分地横跨管道延伸，定向地调节管道内诸如气体的流体的流动。第一上游预处理器通过使流收缩来改变该流，以向离开预处理器的流体提供可预测的下游流动分布。预处理器基于导致分布不均的流动的上游特征的存在和位置而被定位。离开预处理器的流体被调节成具有可预测的下游流动分布，通常速度较高但压降增大。固定流动几何结构位于预处理器的下游，并进一步改变流动分布，以使离开固定流动几何结构的流体具有基本均匀的流动分布，其具有预定的速度，压力以及方向(如果需要的话)。进入固定流动几何结构的流体将经历压降但速度增加的趋势。在离开适当设计的固定流动几何结构时，流体将经历压力升高但速度降低的趋势，两者都是预定的。重要的是，离开固定流动几何结构的流体的流体流动分布将在固定流动几何结构下游的横截面上具有基本均匀的速度。本发明的流动调节系统用于管道中，针对管道中的流动长度，并在比常规流动调节器短至少一个数量级的长度上提供流动调节。这使得本发明的定向流动调节系统能够被定位在具有无法以其他方式容纳常规流动调节器的流动长度的管道中。

现在参照图1，该图是本发明的定向流动调节器的第一实施例，第一管道110具有前端150和后端。管道110是直管道，但不必限定于此。在前端和后端之间，第一管道110还包括可从第一关闭位置移动到第二打开位置的门121。在固定几何结构122的后端和下游，是管道流动路径中的结构240，其可以是例如热交换器或蜂窝结构。在图1中，示出了门121处于其关闭位置。如本领域技术人员将理解的，当门121打开时，随着流体通过门121从管道110转移出，流体流进一步被打乱。本发明的流动调节系统包括预处理器和在门121下游但在管道110的后端上游的固定几何结构。预处理器(图1中的整流罩120)位于门121的下游。固定在管道110内一定位置的整流罩120使管道中流动的流体朝向与门121相对的管道的部分转移，而不管门121的位置如何，从而使流体流收缩。该整流罩120在管道中与门121的位置相反地引导大量的流，从而使得通过整流罩120的流体被调节为以更可预测的方式工作，并且重要的是，不依赖于门的位置，即使其流动分布在离开预处理器120时是不均匀的。当整流罩120将流体流引导到更受限的通道中时，其增加了速度，而其压力减小了。通过整流罩120的这种流动变化有益地导致更均匀的流动。固定流动几何结构122位于预处理器，整流罩120的下游。离开整流罩120的流体流可能不具有均匀的速度或方向，但是总是以可预测的方式离开整流罩。因此，预处理器，整流罩120以可预测的方式引导大量流体流冲击固定流动几何结构122，从而允许固定流动几何结构122进一步调节通过它的流，使得其以基本均匀的流动分布离开。在流体流离开固定流动几何结构122时，已经校正了分布不均的流动分布。

本领域技术人员将理解，尽管图1的预处理器被描绘为整流罩，但是其可以具有任何形状，即使下游的流动分布基本上不是均匀的，也可以为从其离开的流体提供可预测的下游流，离开通道164。还将理解，图1中包括预处理器120和固定流动几何结构122的定向流动调节系统为从流动调节系统离开的流体提供针对管道的基本上均匀的分布，其中在该管道中，流动可能由于诸如门120的结构或部件的位置而分布不均。该流动调节系统可用于去除仅由于管道弯曲部，门的存在而引起的分布不均的流动分布，而不管其位置或支撑结构的存在，或这些特征的任何组合。

在图1所示的实施例中，预处理器120被示为延伸到管道110中的整流罩。然而，预处理器120可具有在离开预处理器时和进入固定流动几何结构122之前提供可预测的下游流的任何形状。例如，预处理器120可包括文丘里管。固定流动几何结构122在图1中描绘为延伸到预处理器120的管道中的多个文丘里管。然而，固定流动几何结构122不限于此，并且可以是为在其下游侧离开的流体提供基本均匀的流动分布的任何结构，优选地具有最小的压力损失。

固定流动几何结构122的下游侧的流体将具有基本均匀的流动分布，以便进入流动调节器的固定流动几何结构122下游的管道中的部件(例如热交换器)的空气是“干净的”或至少“更干净的”，也就是说，分布不均的流动分布将已经从流体中去除，从而更均匀的流体流进入下游部件，例如热交换器。诸如热交换器之类的部件的效率得以提高，因为一旦分布不均的流动分布被去除，则提供更均匀的流动分布将导致更好的性能。例如，在热交换器中，与在分布不均的流动分布的情况下的60％的效率相比，以均匀流动分布出现并进入热交换器的基本均匀速度的流可以将热交换器的效率提高到多达90％。可以理解的是，去除至少一些分布不均的流体流而不是所有的分布不均的流体流，可以改善这种部件的效率。此外，本发明提供了一种简单的解决方案，用于提供去除任何管道(特别是在缺少足够长度使得其他解决方案无法校正流动分布的任何管道)中的分布不均的流体流的流体流动分布调节。

如图2所示，在该实施例的另一个变型中，由于管道中的弯曲部，管道可能会经历分布不均的流动。在该实施例中，由于第一管道弯曲部212和第二管道弯曲部214导致通过管道210的流动的分布不均的流动分布。图2说明了处理弯曲部以克服分布不均的不同方法。第一弯曲部212的前部和通道264的后部的管道的横截面面积可以相同，在这种情况下，将不会经历全部文丘里流动。但是，在图2中，管道的横截面确实像扩散器中那样，从前部(上游)增向后部(下游)增加。然而，第一预处理器220的通道264以及第二预处理器222的通道274向离开通道的流体提供可预测的下游流。

再次参考图2，该实施例利用多个预处理器和固定流动几何结构来调节流向位于第二管道210中的装置的入口流。第二管道210包括在前端250处的第一弯曲部212和在后端252处的第二弯曲部214。除了弯曲部之外，管道210还可包括结构特征或预调节器的上游或前部的门。第二管道210中的第一预处理器220被描绘为文丘里管，其具有延伸到管道210的流中的两个壁260、262。在该实施例中，第一壁260和第二壁262的横截面相同。在三个维度上，第一壁260和第二壁262可以包括直径或横截面小于管道210的直径或横截面的管道，其扩口的前端延伸到管道210的内径并附接到管道210的内径。第一壁260和第二壁262在管道210中在第一弯曲部212的后部延伸相同的距离。第一壁260和第二壁262形成通道264。

在管道210中流动的流体可能会由于第一管道弯曲部212的作用而经历分布不均的流动。在管道210中流动进入通道264的流体将经历压力减小和速度增加，预调节器220的通道用于向离开的流体提供可预测的下游流。

在图2所示的示例中，第二预调节器222显示为在第一预调节器220的后部或下游横跨管道210延伸。当进入固定流动几何结构之前无法充分预测流动分布时，可能需要其他预处理器。图2中的第二预处理器222也被描述为文丘里管，其包括从管道210突出并附接到管道210的第一多个壁270，第一壁270延伸预定距离进入管道210。第二预处理器的第一多个壁270形成第一多个通道274，流体流通过第一多个通道274被引导。在图3中示出了两个通道，但是第二预处理器222不限于此，并且可以具有更多的通道或者可以具有除了文丘里管以外的形状。预处理器从上游流体流中去除了至少一些分布不均的流动分布，从而使下游流动分布更加均匀。在管道210中流动进入第二预调节器222的第一多个通道274的流体将经历压力减小和速度增加，通道274用于为第一预调节器220的后部流动的流体提供附加的可预测的下游流动行为。如前所述，对于在图2中描绘为文丘里管的第二预处理器222，从流入并流过它们的流体中去除了另外的不规则流动行为。

示出了在第二预调节器222的后部横跨管道210延伸的固定流动几何结构224。固定流动几何结构224包括从管道210突出并附接到管道210的多个壁280，壁280延伸预定距离到管道210中。固定流动几何结构224的多个壁280形成用于固定流动几何结构284的多个通道284。在图2中，固定流动几何结构224被描绘为文丘里管。当从第二预调节器222离开之后并且进入固定流动几何结构224之前，流体流动分布没有表现出足够均匀的流动分布时，可能需要另外的预调节器。固定流动几何结构224不限于文丘里管，并且可以采取任何其他形状，其不仅为流提供均匀流动分布而且还在预定方向上引导该流。固定流动几何结构224以与第一和第二预处理器220、224相似的方式起作用，但是离开固定流动几何结构224的下游流具有足够均匀的流动分布，以进入下游部件240，例如热交换器或蜂窝结构。在管道210中流动进入固定流动几何结构224的第一多个通道284的流体将经历压力减小和速度增加，通道284用于以基本均匀的流动分布向下游输送流体。通道也可以被成形或定向为在预选方向上向下游输送流体，从而可以将预选量的流体输送至下游部件240的预定部分。在图2中，多个通道被定向成使得下游流体流基本上避免与第二管道弯曲部214接触，并且被输送到下游部件240，而不会由于第二弯曲部214而具有分布不均的流动分布。固定流动几何结构的多个通道284中的每一个将在预定方向上以均匀流动分布流入并流过它们的流体输送到下游部件240，如先前所讨论的那样。

应该注意的是，在图2中，预处理器220、222的每个壁被构造成使得它们的每个通道垂直于(90°)管道中流动的流体。本发明并不受限于此，因为任何预处理器的壁也可以相对于流体流定向为60-90度，以在预定方向上向下游输送流体。

管道中接近预处理器(例如预处理器220或固定流动几何结构244)的气流可能不正交地接近。如图3所示，管道中具有多个壁280的固定流动几何结构224的前部的气流可以在一个或多个不可预测的方向上接近通道284，这是分布不均的流动分布的特征，因为与该结构不正交的流体流具有两个部件，其中一个与管道流平行，另一个与管道流垂直。当然，管道的形状也可以以各种角度将流体流引向流动调节器，这也导致分布不均的流动分布。图4示出了相对于具有如图2所示的固定流动几何结构224的流动调节器而言，不是直的，而是以角度302布置的管道中的示例性管道壁300。

图5描绘了诸如预处理器120、220的预处理器或者定向流动调节器224的固定流动几何结构的壁280的流动接口的各种示例性几何形状。该接口可以具有多种形状中的任何一种，并且相邻的壁可以具有不同的接口。选择接口几何形状，以提供引导进入通道284的流体流的平滑进入。接口几何形状取决于上游流体流的可预测性，上游流体流的速度，上游流体流接近预处理器和固定流动几何结构时的上游流体流的方向，以及流体流的压力。在图5中，第一接口几何形状290具有棱锥形接口，以预选角度形成棱锥形。第二接口几何形状292具有倒圆的接口，以预选半径形成圆形表面。如本领域技术人员将理解的，可以使用任何其他接口几何形状，例如平坦的接口，圆锥形，截头圆锥形，截头棱锥形，或者可以使用提供平滑入口流的任何类似几何形状。

图6是用于本发明的低损失文丘里流动调节器420的示例性通道284和相关壁280的横截面。该几何形状示例性地用于预处理器和固定流动几何结构上。这是一个优选实施例，并且可以使用改善下游流体流的可预测性或提供基本均匀的流动分布的任何其他实施例。在该实施例中，如上面图6中所述的接口几何形状是基本平坦的。形成通道284的壁具有大体上平坦的部分，该部分与管道中的气流的总体方向正交。壁平滑过渡到与管道中流体流的方向平行的部分且与相邻通道284的那些壁平行。壁因此以90度的角度过渡。使用预选的外壁半径R₁和预选的内壁半径R₂来完成过渡，从而过渡是平滑的，这样就不会对进入通道284的气流产生湍流。R₁和R₂可以根据气流的速度，压力和量而变化。当然，也可以使用将平滑流输送到预处理器的其他几何形状。

图7(a)和7(b)描绘了本发明的流动调节器的示例性几何形状。图7(a)描绘了流动调节器的前视图，该流动调节器可以是预处理器或固定流动几何结构。示例性的流动调节器包括成形的管阵列502，该成形的管阵列构造成用于安装在管道内部。所形成的管阵列的管表面形成平滑的轮廓，以使流体入射到其表面上，从而不会导致任何进一步的不规则流动模式。在该示例中，管道是圆形的，因此形成流动调节器的管阵列502也是圆形的。当管道不是圆形时，可以修改管阵列以符合管道的形状。管504的圆形阵列通过附接至管和管道的多个托架506保持在一起。附接可以通过已知附接方式中的任一种或组合，例如通过铜焊，过盈配合或机械附接。

图7(b)描绘了图7(a)的从前向后看的视图的一部分的等距视图，示出了用于流体通过的管之间的间隔510。管阵列中的管之间的间隔可以通过将相同直径的管以预选距离间隔以提供预定间隔来实现。提供预定间隔的另一种方便的方法是通过提供不同的预选直径的管。直径不同的相邻管的放置将提供不同的间距，这将导致横跨管阵列的不同量的流。

如本领域技术人员将理解的，尽管在大多数情况下，预处理器或固定流动几何结构可以完全横跨管道延伸，但是管的布置可以根据实现其目的需要横跨管道横截面延伸得尽可能远。

尽管已经参照优选实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本发明范围的情况下，可以进行各种改变并且可以用等同物代替其元件。另外，在不脱离本发明的实质范围的情况下，可以做出许多修改以使特定情况或材料适应本发明的教导。因此，意图是本发明不限于作为预期用于实现本发明的最佳模式而公开的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求书范围内的所有实施例。

本发明的进一步方面通过以下条项的主题提供：

1.一种用于管道的流动调节系统，包括：预处理器，预处理器向管道内流动的流体提供可预测的下游流；在预处理器下游的固定流动几何结构，其中固定流动几何结构进一步调节来自预处理器的流体流，从而为下游流提供基本均匀的流动分布；并且其中，流动调节系统将流动调节系统上游的具有分布不均的流动分布的流体转换为流动调节系统下游的具有预定流动分布的流体。

2.根据任何在前条项的流动调节系统，其中预处理器包括由壁形成的通道，其中在管道中流动的流体的至少一部分在从管道的前部横穿到后端时经过通道，通道去除预处理器上游的流体中的分布不均的流动分布的至少一些；以及至少部分地横跨管道延伸的壁；并且其中，由于通道和壁的几何形状，预处理器为流体提供可预测的下游流。

3.根据任何在前条项的流动调节系统，其中预处理器是延伸到管道中的整流罩。

4.根据任何在前条项的流动调节系统，其中预处理器是文丘里流动装置。

5.根据任何在前条项的流动调节系统，其中固定流动几何结构包括文丘里管，文丘里管至少部分地横跨管道延伸。

6.根据任何在前条项的流动调节系统，其中固定流动几何结构包括具有通道的壁。

7.根据任何在前条项的流动调节系统，其中形成通道的壁具有到通道的平滑过渡，从而避免湍流流体流入通道。

8.根据任何在前条项的流动调节系统，其中固定流动几何结构包括至少部分地横跨管道延伸的管阵列。

9.根据任何在前条项的流动调节系统，其中管阵列包括多个管，每个管彼此间隔预定距离，管阵列附接至管道。

10.根据任何在前条项的流动调节系统，其中多个管中的每个管具有相同的外径。

11.根据任何在前条项的流动调节系统，其中多个管中的管具有不同的外径，不同外径的管之间的间隔为管道中流动的流体提供了不同的流动分布。

12.根据任何在前条项的流动调节系统，其中向下游引导的预定流动分布是基本均匀的流动分布。

13.根据任何在前条项的流动调节系统，其中与下游部件的流动需求对应地，基本均匀的流动分布从固定流动几何结构以预定模式向下游被引导。

14.一种去除管道中的分布不均的流体流动分布的方法，包括以下步骤：在管道中提供流动调节系统，流动调节系统进一步包括上游流预处理器，以及下游固定流动几何结构；在流动调节系统的上游，在管道中提供分布不均的流体流；将分布不均的流体流引导至预处理器，其中，预处理器将流体流导入通道中；将流体流从预处理器提供到固定流动几何结构，来自预处理器的流体流变得更可预测；将离开固定流动几何结构的流体流向下游提供到管道中，来自固定流动几何结构的流体流具有基本均匀的流动分布，分布不均的流动分布已经通过流动调节系统而被去除。

15.根据任何在前条项的方法，其中在管道中提供流动调节系统的步骤进一步包括将流动调节系统定位在管道中的部件或结构的下游，其中，管道中的部件或结构导致分布不均的流体流动分布。

16.根据任何在前条项的方法，其中在管道中提供流动调节系统的步骤进一步包括将流动调节系统定位在管道中的弯曲部的下游，其中，管道中的弯曲部导致分布不均的流体流动分布。

17.根据任何在前条项的方法，其中在管道中提供流动调节系统的步骤进一步包括将流动调节系统定位在管道中的部件或结构的上游，其中流动调节系统从流体流中去除分布不均的流体流动分布，固定流动几何结构向部件或结构提供基本均匀的流体流。

18.根据任何在前条项的方法，进一步包括在固定流动几何结构上游的多个预处理器，多个预处理器中的每个预处理器进一步调节流体流，使得其更可预测且使分布不均更少，从而离开固定流动几何结构的流体流具有均匀的流动分布，多个预处理器和固定流动几何结构已经从流体中去除分布不均的流动分布。

19.根据任何在前条项的方法，其中将流动调节器定位在管道中的部件或结构的下游的步骤进一步包括将预处理器定位在部件或结构的下游并且与部件或结构相邻。

20.根据任何在前条项的方法，其中固定流动几何结构在预定方向上向管道中的部件或结构的预选部分提供预选量的基本均匀的流体流。

Claims (10)

1.一种用于管道的流动调节系统，其特征在于，包括：

预处理器，所述预处理器向所述管道内流动的流体提供可预测的下游流；

在所述预处理器下游的固定流动几何结构，其中所述固定流动几何结构进一步调节来自所述预处理器的流体流，从而为下游流提供基本均匀的流动分布；并且

其中，所述流动调节系统将所述流动调节系统上游的具有分布不均的流动分布的流体转换为所述流动调节系统下游的具有预定流动分布的流体。

2.根据权利要求1所述的流动调节系统，其特征在于，其中所述预处理器包括

由壁形成的通道，其中在所述管道中流动的所述流体的至少一部分在从所述管道的前部横穿到后端时经过所述通道，所述通道去除所述预处理器上游的流体中的分布不均的流动分布的至少一些；以及

至少部分地横跨所述管道延伸的壁；并且

其中，由于所述通道和所述壁的几何形状，所述预处理器为所述流体提供可预测的下游流。

3.根据权利要求2所述的流动调节系统，其特征在于，其中所述预处理器是延伸到所述管道中的整流罩。

4.根据权利要求2所述的流动调节系统，其特征在于，其中所述预处理器是文丘里流动装置。

5.根据权利要求1所述的流动调节系统，其特征在于，其中所述固定流动几何结构包括文丘里管，所述文丘里管至少部分地横跨所述管道延伸。

6.根据权利要求1所述的流动调节系统，其特征在于，其中所述固定流动几何结构包括具有通道的壁。

7.根据权利要求6所述的流动调节系统，其特征在于，其中形成通道的所述壁具有到所述通道的平滑过渡，从而避免湍流流体流入所述通道。

8.根据权利要求1所述的流动调节系统，其特征在于，其中所述固定流动几何结构包括至少部分地横跨所述管道延伸的管阵列。

9.根据权利要求8所述的流动调节系统，其特征在于，其中所述管阵列包括多个管，每个管彼此间隔预定距离，所述管阵列附接至所述管道。

10.根据权利要求9所述的流动调节系统，其特征在于，其中所述多个管中的每个管具有相同的外径。

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