CN114787492A - 包括具有凹陷式湍流发生器的导流壁的热交换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在流体和空气流(FS)之间的热交换器(16)，该热交换器包括将流体和空气流(FS)分开的热交换壁(17)，该热交换壁(17)具有平行于空气流(FS)的纵向方向(AX)延伸的热交换表面(18)，空气流(FS)与热交换表面接触。根据本发明，热交换壁(17)包括相对于热交换表面(18)以凹陷方式延伸的至少一个湍流发生器(22)。

Description

包括具有凹陷式湍流发生器的导流壁的热交换器
技术领域
本发明涉及一种涡轮机，例如涡轮喷气发动机，至少一个气流流道通过该涡轮机，该流道由该发动机的内壁界定。
背景技术
在这种发动机中，空气被允许进入进气涵道中以穿过包括一系列旋转叶片的风扇，然后分成中心主流和围绕主流的次级流。
主流在到达燃烧室之前被压缩机压缩，然后通过穿过涡轮膨胀，之后通过产生推力被释放。次级流就其本身而言由风扇直接推动，以产生额外的推力。
主流和次级流分别在主流道和次级流道中流通，主流道和次级流道通过所谓的流道间的空间彼此分开。
该主流道在外部由流道间空间的内壁界定，该次级流道在内部由流道间空间的外壁界定，并且该次级流道在外部由围绕涡轮喷气发动机的机舱的内壁界定。
在这种发动机中，轴承和其他类型的各种部件由机油润滑，该机油在集成了呈冷却散热器的形式的热交换器的液压回路中流通，确保该机油在任何情况下都保持在合适的温度。这种交换器通常用缩略词ACOC表示，意思是“风冷式机油冷却器”，也就是说通过空气冷却并冷却机油。
该交换器固定在喷气发动机的壁上，并从该壁突出，以被通过在喷气发动机中流通而沿着该壁流动的部分气流穿过，以这样的方式冷却液压回路中的机油。
因此，这种交换器构成了凸起形状，实际上构成了障碍物，从而在发动机的气流中引入压力损失。
本发明的目的是提出一种集成这种交换器的布置，以限制其引入穿过该喷气发动机的气流的压力损失。
发明内容
为此，本发明的目的是在流体和空气流之间的热交换器，该热交换器包括将流体和空气流分开的热交换壁，所述热交换壁包括平行于空气流的纵向方向延伸的热交换表面，空气流与该热交换表面接触，其特征在于，热交换器包括导流壁，该导流壁在热交换壁的延伸部分中延伸并且相对于空气流的流通方向位于热交换壁的上游，并且导流壁包括相对于外表面具有凹陷(creuse)形状的至少一个湍流发生器。
因此，本发明可以省掉通常布置在这种热交换器中的散热片，以获得最佳的热交换效率，同时减少由于交换器的存在而引入到次级流中的压力损失。
为此，本发明的另一个目的是这样定义的交换器，该交换器包括布置在导流壁的上游端部的至少一个湍流发生器。
为此，本发明的另一个目的是这样定义的交换器，其中，导流壁包括在垂直于纵向方向的至少一个方向上分布的多个湍流发生器。
为此，本发明的另一个目的是这样定义的交换器，该交换器包括至少两个具有不同形状和/或尺寸的相邻的湍流发生器。
为此，本发明的另一个目的是这样定义的交换器，其中，至少一个湍流发生器相对于外表面在停用状态和激活状态之间具有可变的几何形状，在停用状态，至少一个湍流发生器与外表面齐平以便不产生湍流，在激活状态，至少一个湍流发生器相对于外表面形成凹陷以产生湍流。
为此，本发明的另一个目的是这样定义的交换器，其中，热交换壁包括朝向外表面开口的内腔，每个腔对应于湍流发生器，外表面包括密封柔性膜，湍流发生器的激活是通过降低对应的内腔的压力来获得的。
为此，本发明的另一个目的是这样定义的交换器，该交换器集成了用于控制湍流发生器相对于外表面的激活状态或停用状态的系统。
为此，本发明的另一个目的是这样定义的交换器，其中，控制系统是气动类型的。
为此，本发明的另一个目的是涡轮机，空气流穿过该涡轮机，包括导流叶片的定子级，具有这样定义的交换器，该交换器包括集成到涡轮机的壳体中的交换壁，该壳体界定空气流流道，该热交换器位于定子的下游。
附图说明
图1是根据本发明的涡轮喷气发动机的纵向剖面图；
图2是根据本发明的涡轮喷气发动机在热交换器处的局部纵向剖面图；
图3是根据本发明的涡轮喷气发动机的局部平面径向视图，示出了两个热交换器安装在风扇定子的下游；
图4是凹陷式湍流发生器的形状的纵向剖面图；
图5是示出了湍流发生器的形状的多个示例的剖面轮廓的示意性剖面图；
图6是定子及其热交换器的透视图；
图7是局部示出了安装在导流叶片的下游的根据本发明的热交换器的透视图；
图8是可变几何形状湍流发生器在停用状态下的示意性剖面图；
图9是可变几何形状湍流发生器在激活状态下的示意性剖面图。
具体实施方式
在图1中，发动机1包括进气涵道2，通过该进气涵道，空气被允许进入以通过风扇3，风扇3包括一系列旋转叶片4，随后是由导流叶片7形成的定子6，然后空气分成中心主流FP和围绕主流的次级流FS。
主流FP在到达燃烧室11之前由低压压缩机8和高压压缩机9压缩，之后通过穿过高压涡轮12和低压涡轮13膨胀，然后通过产生辅助推力被释放。次级流FS就其本身而言由风扇直接推动以产生主推力。
每个涡轮12、13包括围绕主轴线AX径向定向并均匀间隔开的一系列叶片，外壳体14围绕整个发动机。
发动机1集成了用于使润滑机油流通和/或用于冷却其部件(例如承载其旋转元件的轴承或该发动机集成的传动构件)的回路。通过由热交换器冷却的次级流确保该机油的冷却。
该交换器(在图2中由16表示)大致在导流叶片7的下游由外壳体14的内壳层承载，并且交换器包括热交换壁17，该热交换壁具有径向内部的热交换表面18，该热交换表面被次级流FS流经，以便被次级流冷却。有利地，该交换表面18没有任何凸起，以便不扰乱次级流。
该交换器16包括未示出的内部管道，其中，待冷却的机油在该内部管道中流通，并且该内部管道热连接到壁17，以冷却在这些管道中流通的机油。
根据本发明，提供的导流壁(paroi perturbatrice)19位于交换器的热交换表面18的延伸部分中，相对于次级流FS的流通方向，导流壁位于热交换表面的上游。该导流壁19局部地将湍流引入沿导流壁流动的次级流FS，以便提高该主流与壁17之间的热交换效率。
为此，导流壁19包括外表面21，其设置有凹陷形状的湍流发生器22，这使得可以局部地使次级流偏斜(dévier)，以便在其中引入湍流。因此，沿交换表面18流动的气流是湍流的，这显著地增加了其与表面18的热交换，以便更有效地冷却交换器16的机油，并且特别地，不扰乱次级流FS的总体流动。
在图中的示例中，导流壁的径向内部表面21以及导流壁19对应于集成到壳体14中的环形元件23的径向内部表面和壁。该环形元件23纵向地插入在定子6的导流叶片7和交换器16之间，其表面21与交换表面18径向地位于相同的水平上。
如图3所示，发动机1可包括多个热交换器16，该多个热交换器通过在圆周上彼此间隔排列而安装在壳体14的内圆周上，并且纵向地直接位于环形元件23的下游。
湍流发生器22可以是大致半球形腔的形式，如图4中示意性地示出，有利地通过具有不同的尺寸以最大化其引入的湍流而通向外表面21。有利地，多个湍流发生器22沿纵向方向一个接一个地布置。
湍流发生器22还可以具有除半球形以外的凹陷形状，如图5中示意性地示出的，其中在同一剖面轮廓P内示出了多个形状。例如，这可能涉及金字塔形状，在穿过轴线AX的平面中的截面上具有三角形的、矩形的、正方形的或梯形的轮廓的形状。
通常，湍流发生器22在径向上的高度明显小于径向方向上的流道高度。该高度是在外部界定次级流的壳体14的内表面与在内部界定次级流的壳体的外表面之间的半径差。这些湍流发生器的长度就其本身而言在这个高度的十分之一到十倍之间。
有利地，各种湍流发生器22具有不同的形状和不同的尺寸，以便增加它们产生的湍流。
如图6和图7所示，导流壁19具有通过纵向地位于导流叶片7和热交换器16之间集成到壳体14的内表面中的大体圆柱形冠状形状。
有利地，湍流发生器22为可变几何类型的，以便能够根据需要激活或停用，这使得在所需冷却较低甚至为零(例如在寒冷天气下)时，可以大致消除压力损失。
如图8所示，湍流发生器22可以由导流壁19形成，导流壁包括向外表面21开口的内半球形腔24，外表面21为密封柔性膜26的形式。
通过由膜26覆盖的腔24界定的围合部基本上是气密的，腔24在其底部包括孔27，该孔穿过壁19，同时被布置成与沿着壁19的后表面延伸的加压/减压通道28连通。
因此，当湍流发生器的腔24处于环境压力下时，湍流发生器22处于非活动状态，然后其膜26具有局部大致平坦的形状：它没有限定凹陷形状以便不产生湍流。
随后，湍流发生器22的激活包括通过降低通道28的压力来降低湍流发生器的腔24的压力，使得膜26随后形成该腔的形状的轮廓，以构成凹陷部分从而在沿其流动的次级流FS处产生湍流。
减压可通过将通道28连接到位于风扇上游的区域来产生，该区域的压力低于导流叶片的下游的压力。然后，可提供主动或被动控制类型的控制系统，以依据冷却需求是高还是低来激活或停用湍流发生器22。
替代地，当通过对腔24减压和加压来激活和停用湍流发生器22时，可以提供穿过孔27的杆，以便将杆的端部固定到膜26上。然后，可通过电磁控制该杆，以便要么推动该杆以使膜26与内表面对齐，从而停用发生器22，要么拉动该杆以将该膜压在腔24的底部，从而产生湍流。

Claims (9)

1.流体和空气流(FS)之间的热交换器(16)，所述热交换器包括将流体和空气流(FS)分开的热交换壁(17)，所述热交换壁(17)包括平行于所述空气流(FS)的纵向方向(AX)延伸的热交换表面(18)，所述空气流(FS)与所述热交换表面接触，其特征在于，所述热交换器包括导流壁(19)，所述导流壁在所述热交换壁(17)的延伸部分中延伸并且相对于所述空气流(FS)的流通方向位于所述热交换壁的上游，并且所述导流壁(19)包括相对于外表面(21)具有凹陷形状的至少一个湍流发生器(22)。
2.根据前一项权利要求所述的交换器(16)，所述交换器包括布置在所述导流壁(19)的上游端部的至少一个湍流发生器(22)。
3.根据权利要求1或2所述的交换器(16)，其中，所述导流壁(19)包括在垂直于所述纵向方向(AX)的至少一个方向上分布的多个湍流发生器(22)。
4.根据前一项权利要求所述的交换器(16)，所述交换器包括至少两个具有不同形状和/或尺寸的相邻的湍流发生器(22)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的交换器(16)，其中，至少一个湍流发生器(22)相对于所述外表面(21)在停用状态和激活状态之间具有可变的几何形状，在所述停用状态，所述至少一个湍流发生器与所述外表面(21)齐平以便不产生湍流，在所述激活状态，所述至少一个湍流发生器相对于所述外表面(21)形成凹陷以产生湍流。
6.根据前一项权利要求所述的交换器(16)，其中，所述热交换壁(17)包括朝向所述外表面(21)开口的内腔(24)，每个腔对应于湍流发生器(22)，所述外表面(21)包括密封柔性膜(26)，湍流发生器(22)的激活是通过降低对应的内腔(24)的压力来获得的。
7.根据前一项权利要求所述的交换器(16)，所述交换器集成了用于控制所述湍流发生器(22)相对于所述外表面(21)的所述激活状态或停用状态的系统。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的交换器(16)，其中，所述控制系统是气动类型的。
9.涡轮机(1)，空气流(FS)穿过该涡轮机，包括导流叶片(7)的定子级(6)，具有根据前述权利要求中任一项的交换器(16)，该交换器(16)包括集成到所述涡轮机(1)的壳体(14)中的交换壁(17)，所述壳体界定空气流(FS)的流道，该热交换器(16)位于所述定子(6)的下游。
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