DE1917387B2 - Aus einem rohrstueck bestehende duese fuer einen ultraschall-gasstrom- generator - Google Patents

Description

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wobei durch die letzteren das Gas ia den Kanal F i g. 11 eine Stirnansicht der Düse aus F i a. 10.

implodieren kann. Dabei erweist es sich dann als Die in Fig. 1 dargestellte Düse 26 besteht aus

zweckmäßig, ein außerhalb der Düse axial angeord- einem im Inneren glatteo, zylindrischen Rohrstück, netes Zuführrohr in der Einlaßebene enden zu lassen, durch dessen Seitenwandung in der dem Auslaßende dessen Bohrung die zentrale öffnung bildet, wobei 5 zugekehrten Düsenhälfte vier senkrecht zur Längsdann um das Zuführrohr in der Einlaßebene herum achse der Düse 26 verlaufende Bohrungen 30 paarein Ringbereich frei gelassen ist, durcfc den Gas in weise einander gegenüberliegend angeordnet sind, den Kanal implodiert. Die zentrale öffnung und die Der Rand der Düse weist am Auslaßende eine ringam Rand angeordnete öffnung können an die gleiche förmige Schrägfläche 32 auf, die zur Düsenachse oder an verschiedene Gasstromquellen angeschlossen "> unter einem Winkel von 45° geneigt ist. sein. Eigenschaften und Betriebsverhal-ten dieser Düse

Bei einer anderen Ausführungsform der erfin- werden deutlich aus der nachfolgenden Beschreibung dungsgemäPf-n Düse kann die zentrale öffnung eine einer speziellen Anwendung der Düse im Rahmen Axialbohrung in einem von einem lubusförmigen eines Düsenaggregats, das in den F i g. 2 bis 5 dar-Außenkörper umgebenden Vorsatzkörper sein, wobei 15 gestellt ist. In dem Düsenaggregat sind vier Düsen dann die Randöffnungen durch gegenüberliegende nach. F i g. 1 in einer Weise angeordnet, die beson-Abflachungen am Vorsatzkörper gebildet sind. Ein ders deutlich aus F i g. 3 zu erkennen ist. gutes Betriebsverhalten ergibt sich auch, wenn die Das Düsenaggregat weist eine erste Luftverteilerzentrale öffnung und die in der Einschnürungsebene kammer 18 und eine zweite, die Düsen enthaltende angeordnete Bohrungen an die gleiche Gasstrom- »o Luftkammer 22 auf, die hintereinander angeordnet quelle angeschlossen sind und die Randöffnungen sind. Der ersten Luftverteilerkammer 18 wird Luft mit Atmosphäre in Verbindung stehen. In anderen über eine Zufuhrleitung 16 zugeführt. Auf der der Anwendungsfälien dagegen können die zentrale öff- Mündung der Luftzufuhrleitung 16 gegenüberliegennung, die Randöffnungen und die in der Einschnü- den Seite der ersten Luftverteilerkammer 18 führen rungsebene angeordneten Bohrungen an die gleiche »5 vier Luftzuleitungen 24 zu der zweiten Luftverteiler-Gasstromquelle angeschlossen sein. kammer 22. Außerdem gehen von der gleichen Seite

Es empfiehlt sich, die lichte Weite des Rohrstückes der ersten Luftverteilerkammer 18 vier Zuführrohre wenigstens doppelt so groß wie der durch die Gas- 20 ab, von denen je eines axial auf die zugehörige grenzschicht eingeschnürte Kanaldurchmesser in der Düse 26 ausgerichtet ist. Da der Innendurchmesser Einschnürungsebene zu wählen. Das Verhältnis des 30 der beiderseits offenen Düsen 26 größer ist ais der Abstandes zwischen Einlaßende und Einschnürungs- Außendurchmesser der Zuführrohre 20, bilden sich ebene zum Durchmesser der durch die Grenzschicht Ringbereiche 28, die eine Verbindung des Inneren gebildeten Kanaleinschnürung in der Einschnürungs- der Düsen 26 mit Atmosphäre herstellen. Wichtig ist, ebene kann zweckmäßig im Bereich von 0,9 bis 1,5 daß die Einiaßebene jeder der nebeneinander angeliegen. 35 ordneten Düsen 26 gleich Auslaßebene für die Luft

Schließlich erweist es sich als zweckmäßig, wenn aus den Zuführrohren 20 ist. Die Bohrungen 30 jeder die Elemente zur axialen Stabilisierung der Strahl- Düse bilden eine Verbindung zwischen dem Inneren einschnürung aus einem dünnen Ring bestehen, der der zugehörigen Düse 26 und der zweiten Luftveran der Düse ausgebildet ist. Sofern die genannten teilerkammer 22. Damit kann jeder der in gemein-Elcuicöic radiale Bohrungen sind, kennen diese mit *o sarr.er Ebene nebeneinander angeordneten Düsen 26 Atmosphäre in Verbindung stehen. aus der gleichen Luftquelle einmal in axialer Rich-

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der tung Luft über die Zuführrohre 20 und zum anderen Zeichnungen an Ausführungsbeispielen im einzelnen radial über die Luftzufuhrleitungen 24, das Innere beschrieben. Es zeigt der zweiten Luftverteilerkammer 22 und die Bohrun-

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer vom 45 gen 30 zugeführt werden.
Auslaßende her gesehenen Düse, Außerdem ist eine Brennstoff-Zuführleitung 10 an

Fig. 2 eine Düsenanordnung im Querschnitt, in einen Brennstoffverteiler 12 angeschlossen, der zwiwelcher Düsen nach Art der in F i g. 1 dargestellten sehen den Luftverteilerkammern angeordnet ist und Verwendung finden, in dessen vorderer Wandung insgesamt acht Bohrun-

F i g. 3 eine Draufsicht auf die Vorderseite der 50 gen 14 für die vier Düsen, jeweils gegenüber der Ein-Düsenanordnung nach F i g. 2, laßöffnung einer Düse zwei Bohrungen, ausgebildet

F i g. 4 einen Schnitt durch die Düsenanordnung sind.
längs der Linie 4-4 aus F i g. 2, Das Funktionsverhalten der in den F i g. 2 bis 5

F i g. 5 einen Schnitt durch die Düsenanordnung dargestellten Düsenanordnung läßt sich wie folgt längs der Linie 5-5 aus F i g. 2, 55 darstellen:

F i g. 6 eine weitere Ausfi hrungsform einer Düsen- Unter Druck stehendes leichtes öl gelangt durch

anordnung unter Verwendung der Düse gemäß die Brennstoffzuführleitung 10 in den Brennstoffver-Fig. 1, teiler 12, von welchem es in acht feinen Strahlen

Γ i g. 7 einen Axialschnitt durch die Düsenanord- durch die Bohrungen 14 in die Düsen 26 eingespritzt nung gemäß F i g. 6, ⁶° wird. Gleichzeitig wird Druckluft durch die Luft-

F i g. 8 einen Querschnitt durch die Düsenanord- zuführleitung 16 der ersten Luftverteilerkammer 18 nung längs der Linie 8-8 in F i g. 6, und von dort durch die Düsenzufuhrrohre 20 den

Fig. 9 eine Ausführungsform der Erfindung mit Fmlässen der Düsen 26 zugeführt. Die Luftströmung etwas abgewandelten Steuerelementen für die Strahl- in die Einlasse der Düsen 26 nimmt sowohl Luft aus einschnürung, ⁶5 der Umgebung wie auch öl mit, das durch die mit

Fig. 10 eine weitere Ausführungsform der Düse den Ringbereichen 28 fluchtenden Bohrungen 14 zumit Steuerelementen zur .Strahlungseinschnürung im geführt wird. Auf Grund eines sehr geringen Einlaßc„u„;t. „„α druckes und eines sehr geringen Düsendurchmessers

5 ' 6

wird stromabwärts von dem Düseneinlaß ein sehr 0,35 kg/cm*' zugerührt. Der an dem Düseneinlaß aufschneller Aufbau einer dicken Grenzschicht erreicht, tretende Druck P₁ betrug 0,42 kg/cm². Unter diesen was eine rasche Verminderung des effektiven Durch- Bedingungen wurde eine Austrittsmenge von 34 1 pro messers D* (= Durchmesser der stärksten Einschnü- Minute erreich'., wobei der effektive Durchmesser rung der Luftströmung) am Düsenauslaß zur Folge 5 D* = 0,17 cm betrug. Der effektive Auslaßdurchhat. Der Düsendurchlaß wird somit durch die Grenz- messer D_n der Düse betrug 0,26 cm. Die Grenzschicht stark eingeengt. Durch diesen Grenzschicht- schicht ist in diesem Bereich immer noch so dick, aufbau wird der effektive Durchmesser D* in der daß die Strömung im wesentlichen durch den Aus-Ebene der Bohrungen 30 derart klein, daß das Ver- laßdurchmesser D_n erfolgt. Der im Bereich des Aushältnis des Einlaßdruckes zu dem innerhalb der Ein- io lasses erzeugte Unterdruck P_n betrug 0,07 kg/cm², schnürung herrschenden Druck (PiIP*) einen Über- und die Geschwindigkeit des austretenden Strahles gang von der subsonischen in die übersonische Strö- betrug M_n = 2,6 Mach,

mung bewirkt. Innerhalb der Grenzschicht findet Das Vorsehen einer subsonischen Implosion innerselbstverständlich ebenfalls eine Strömung statt. Da halb des Ringbereiches 28 trägt dazu bei, die gedieselbe jedoch wesentlich langsamer strömi, kann 15 wünschte Dicke der Grenzschicht zu erzeugen, wofür Berechnungen von P* die Grenzschicht als strö- durch der durch das Zuführen von Luft in jede Düse mungsfrei angesehen werden. bedingte Energieverlust verringert wird. Ferner wer-Ferner wird Luft durch die Bohrungen 30 züge- den jegliche Tendenzen einer Grenzschichtablösung führt, die aus Stabilitätsgründen immer paarweise vermieden. Die Größe der Implosion reguliert sich gegenüberliegend angeordnet sind. Durch diese zu- 20 selbst, so daß die Abmessungen des Ringbereiches 28 sätzliche Luft wird D* in axialer Richtung stabili- nicht kritisch sind. Im Rahmen der vorliegenden Ersiert. Zusätzlich wird dadurch die Größe von D* findung scheint es wesentlich, daß die Strömung beeinflußt, indem eine zunehmende Strömung durch innerhalb der Grenzschicht laminar, d. h. nicht die Bohrungen 30 eine Verkleinerung von D* be- turbulent verläuft.

wirk*.. D?.s 7iisätzliche Einführen von Luft in der «5 Nach dem Einführen des Leichtöls durch die Düse Einschnürungsebene mit Hilfe der gleichen Druck- wiiü dasselbe innerhalb der Grenzschicht transpormittelquelle, die auch den Druck P, im Düseneinlaß tiert und im allgemeinen spiralförmig über die geerzeugt, hat zusätzlich den wesentlichen Vorteil, daß samte innere Düsenoberfläche verteilt. Da der die Einflüsse von Druckmittelschwankungen inner- Druck P_n unterhalb des atmosphärischen Druckes ist, halb der Leitung verringert werden. Wenn beispiels- 30 wird das aus der Düse austretende Leichtöl von den weise der innerhalb der Leitung herrschende im Bereich der Düseninnenwandung liegenden Grenz-Druck P, abfällt, wird das durch die Düse ausge- schichtzonen in den supersonischen Strahl gesaugt, stoßene Gasvolumen verringert. Bei gleichbleiben- Durch die Implosion wird dasselbe in sehr starkem dem P* würde das Verhältnis P₁IP* eine subsonische Maße zerstäubt, so daß eine sehr gute Verbrennung Strömung bedingen, so daß die Düse ihre super- 35 mit hohem Wirkungsgrad stattfinden kann, sonischen Eigenschaften verlieren würde. Da jedoch Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist demzudie durch die Bohrungen 30 zugeführte Luft von der folge die Formgebung der Düse von ausschlaggebengleichen Druckmittelquelle stammt, bewirkt ein Ab- der Wichtigkeit für den Aufbau der Grenzschicht, fall des Druckes P_f am Einlaß ebenfalls einen Abfall Während diese Grenzschicht bei bisherigen Düsen des Druckes im Bereich der Bohrungen 30, wodurch 40 nur als unvermeidbares Übel angesehen worden ist, P* automatisch abnimmt, so daß eine aulomatische bildet dieselbe gemäß der vorliegenden Erfindung Einstellung der Strömungsmenge vorgenommen wird. jene Größe, die bei sehr einfacher Formgebung der Demzufolge ergibt sich ein wesentlich größerer Düse eine sehr spezifische Funktionsweise zur Folge Bereich möglicher Strömungsmengenschwankungen, hat. Bei subsonischen Strömungsgeschwindigkeiten, ohne daß die supersonischen Eigenschaften der Düse 45 bei welchen der Druck P, abfällt und der Durchverlorengehen, messer D* sich verringert, wird die Grenzschicht

Da der Innendurchmesser der Zuführrohre 20 sehr dicker. Bei supersonischen Strömungsgeschwindig-ItIeJ₁₁ — d, h. geringer als der halbe Innendurch- keiten vermindert sich die Dicke der Grenzschicht messer des Düseneinlasses — ist, wird die Empfind- innerhalb einer divergierenden Düse. Zusammen mit lichkeit des Betriebsverhaltens der Düse gegenüber 5° der Stabilisation von D* im Bereich des Strahlenein-Änderungen der Luftzufuhr weiter vermindert. gangs stellt dies das Grundprinzip der vorliegenden

Mit einem Modell des in den F i g. 2 bis 5 darge- Erfindung dar.

stellten Düsenaggregats wurden die nachstehend an- Bei der Konstruktion einer derartigen Düse muß

gegebenen Versuchsergebnisse gewonnen. Das Ver- zuerst die erforderliche Leistung festgelegt werden,

suchsmodell hatte dabei folgende Abmessungen: 55 die gleich P_tV ist. Demzufolge müssen P₁ und V

(\ic\rm derart gewählt werden, daß sich das gewünschte Pro-

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0 48-m ^{hoch der} Unterdruck bei einem supersonischen

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i, 20 019 cm tabelle der eindimensionalen isotropischen zusam-

^ro ' mendrückbaren Strömungsfunktionen die Wahl des

Die die Divergenz der Grenzschicht erhöhende Verhältnisses der effektiven Düsenauslaßfläche A₀ zu Fläche 32 am Düsenauslaß war unter 45° gegenüber 65 der effektiven Einschnürungsfläche A*, um den ge-

der Düsenachse geneigt; durch die Bohrungen 14 wähletn P₀-Wert zu erhalten. (Aus einer derartigen

wurde leichtes öl mit einer Geschwindigkeit von Tabelle kann ebenfalls die am Auslaß auftretende

14 5 kg pro Stunde unter einem Druck von Geschwindigkeit M₀ gewählt werden.) Daraufhin ist

ΙΌ 1 / w-vj «

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es notwendig, willkürlich eine bestimmte Länge der einheit 110 geneigt ist. Die Innenfläche des Ringes Düse für den betreffenden Innendurchmesser zu 126 und die^Einlaßöffnung bzw. Axialbohrung 124 wählen, wobei der Aufbau einer Grenzschicht von sind innerhalb einer Toleranz von 0,025 cm konzendem Einlaß zu der Einschnürungsebene berücksich- trisch zueinander.

tigt werden muß, damit ein effektiver Einschnürungs- 5 Die Düseneinheit gemäß Fig. 6 bis 8 arbeitet wie durchmesser D* (entsprechend der bereits festgeleg- folgt:

ten Fläche A*) und ein Grenzschichtabfall von der Unter einem niederen Druck stehende Luft wird

Einschnürungsebene bis zum Auslaß fixiert ist, wobei dem mit Gewinde versehenen Ende des Gehäuses ebenfalls die effektive Auslaßfläche A_n berücksichtigt 112 zugeführt. Ein Teil der Luft gelangt durch die werden muß. Die Grenzschichtdickc kann sclbstver- io Bohrung 122 und die Axialbohrung 124 in die eigentständlich für verschiedene Bedingungen empirisch liehe Düse, die durch den Ring 126 umschlossen ist. festgestellt werden, indem Proben in bekannter Weise Ein anderer Teil der Luft bewegt sich entlang der vorgesehen werden, so daß auf Grund von Informa- durch die Abflachungen 134 gebildeten Kanäle und tionen des Grenzschichtwachstums unter verschiede- wird daraufhin im Bereich des Ringes 126 geteilt, nen Bedingungen ein geeigneter Abstand von dem 15 Ein Teil strömt durch ringsegmentförmige Öffnungen Einlaß zu der Einschnürungsebene festgelegt werden 136 in die Düse, wodurch die Grenzschichtströmung kann. (In diesem Zusammenhang wurde festgestellt, verbessert und dadurch die von der Düseneinheit 110 daß bei Düsen der gleichen Länge und Gasen gleicher erzeugte Energie erhöht wird. Der Rest strömt außerspezifischer Wärme und gleichen Einlaßdrücken P₁ halb des Ringes 126 in die Verteilerkammer 132 und die Grenzschichtdicke in entsprechenden Längsposi- »0 von dort durch die Bohrungen 130, wodurch die tionen bei kleinerem Durchmesser größer ist. Dabei durch die Grenzschicht innerhalb der Düse gebildete verändert sich die Grcnzschichtdicke über einen Einengung stabilisiert wird. Bei der Abwärtsbewe-Durchmesserbereich von 5 hinweg ungefähr wie die gung der Luft von der Düseneinlaßebene gewinnt die dritte Potenz der Durchmesser.) Ein die Einengung Grenzschicht sehr stark an Dicke, wodurch ein kon- $tahili*ierender Stabilisator wird dann in einem ge- »5 vergierender Teil des zuerst konvergierenden und eigneten Abstand von dem Einlaß vorgesehen. Die dann divergierenden Strahls festgelegt wird. Die Boh-Länge der Düse stromabwärts von der Einengungs- rungen 30 werden mit ihren Achsen in den Bereich ebene wird vorzugsweise so kurz wie möglich ge- der Einschnürung gelegt, in welchem der effektive macht, wobei eine maximale supersonische Divergenz Düsendurchmesser am kleinsten ist und die Luftvon ungefähr 45° vorgesehen wird. Dabei muß ferner 30 geschwindigkeit supersonisch wird. Auslaßseitig von berücksichtigt werden, daß selbst in diesem Bereich der Einschnürung bewirkt der eine supersonische eine gewisse Grenzschicht notwendig ist, damit die Geschwindigkeit aufweisende Strahl einen Abbau der Auslaßfläche/I_n an der gewünschten Stelle auftritt. Grenzschicht, wodurch ein divergierender Teil des In den F i g. 6 bis 8 ist ein weiteres Ausführungs- Düscnstrahls entsteht. Die beispielsweise unter einem beispiel der Düse mit einer Düseneinheit 110 dar- 35 Winkel von 45° verlaufende konische Fläche 138 gestellt, die aus einem Gehäuse 112 und einem erleichtert das Eintreten des Strahls in die Atmo-Düsenkörper 114, beide aus Bronze gefertigt, be- sphäre.

steht. Die zylindrische Außenfläche des Düsenkör- Entsprechend dem in F i g. 6 bis 8 dargestellten

pers 114 ist in die zylindrische Innenfläche des Ge- Ausführungsbeispiel wurde ein Versuchsmodell konhäuses 112 eingesetzt. Letzteres ist mit einem Außen- 40 struiert, das folgende Abmessungen halte:

gewinde 116 sowie mit zwei gegenüberliegenden, Länge L* 0,39 cm

ebenen Oberflächen 118 versehen, um einerseits eine Länge L 0,65 cm

Verbindung der Düseneinheit 110 mit einer Druck- Durchmesser D_fl 0,26 cm

luftquelle zu ermöglichen und andererseits das An- Durchmesser D* 0,17 cm

setzen eines Mutternschlüssels zu erleichtern. Der 45 Durchmesser D₁ 0,66 cm

Düsenkörper 114 weist einlaßseitig einen Vorsatz- Durchmesser der Bohrung 130 .. 0,157 cm

körper 120 auf, in welchem eine Bohrung 122 und Durchmesser der Bohrung 124 .. 0,10 cm

koaxial dazu eine Einlaß-Axialbohrung 124 ausge- Länge der Axialbohrung 124 ... 0,064 cm

bildet ist. Auslaßseitig ist ferner an dem Vorsatz- Einlaßdruck P, 0,07 kg/cm²

körper 120 ein die eigentliche Düse bildender Ring- 50 Ausstoßvolumen V 63 1 pro Min.

ansatz 126 ausgebildet, der auf seine Innenseite die Druck P₀ 0,07 kg/cm²

Wandung für die Begrenzung der Grenzschicht bildet.

Die Außenfläche des Düsenkörpers 114 ist über den Das Vorsehen einer erzwungenen subsonischen

größten Teil der Ringperipherie 126 mit Abflachun- Implosion der Luft durch die von den Abflachungen gen versehen. Das Ende dieses Ringes 126 bildet 55 134 gebildeten Kanäle und die Einlasse 136 beeinnoch einen Flansch 128, der am Gehäuse innen an- flußt wesentlich die Grenzschicht und damit die liegt. Innerhalb des Ringes 126 sind vier je um 90° Energie des supersonischen Strahls. Einlai3seitig von gegeneinander versetzte, in einer Ebene liegende dem mit Gewinde versehenen Ende 116 kann dei Bohrungen 139 angeordnet. Der Ring 126 bildet zu- Luft zusätzlich eine Flüssigkeit oder ein anderes Ga< sammen mit der Innenfläche des Gehäuses 112 und 60 durch Vorsehen einer einfachen Rohrverzweigung dem Flansch 128 eine Verteilerkammer 132. Diese zugeführt werden, wobei das Gewichtsverhältnis z\ Verteilerkammer 132 wird von zwei Kanälen ge- Luft in etwa 1 :4 oder 5 betragen kann. Das Mischei speist, die durch die Abflachungen 134 des Vorsatz- erfolgt auf Grund von Kreiselwirkung, die bereit körpers 120 und die Innenfläche des Gehäuses 112 einlaßseitig von der Bohrung 122 einsetzt und sie] gebildet sind. Diese Kanäle führen einlaßseitig an 65 innerhalb derselben fortsetzt. Obwohl die durch di das Ende des Ringes 126. Der Ring 126 weist an Flachteile 134 gebildeten Kanäle einen größere seinem auslaßseitigen Ende eine konische Fläche 138 Querschnitt aufweisen als die Einlaßöffnung 124. i? auf, die unter 45° gegenüber der Achse der Düsen- die Strömungsgeschwindigkeit pro Flächcneinhc

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iinerhalb der Düseneinlaßeber.e viel geringer ah in iiesen Kanälen, da Unterschiede in bezug auf die Dicke der eine langsamere Strömung aufweisenden Grenzschicht und des eine schnellere Strömung aufweisenden mittigen Strahls vorliegen. Innerhalb der durch den Ring 126 gebildeten Düse bewegt sich die Flüssigkeit innerhalb der Grenzschicht unter der Wirkung von Zentrifugalkräften. Mit einem Gas gelang¹, weitere Flüssigkeit durch die Bohrungen 130 in die Grenzschicht. Diese in die Grenzschicht eindringende Flüssigkeit trägt dazu bei, daß für deren Aufbau weniger Gas notwendig ist, so daß mehr Gas für den supersonischen mittleren Bereich der Düse zur Verfügung steht. Die Flüssigkeit erhöht ferner das Moment der aus der Düse austretenden Grenzschichtmoleküle, wodurch die Stoßwirkung und damit die geleistete Arbeit erhöht wird. Die Stoßwirkung wird ferner drastisch erhöht, indem der Druck P,- um einen Faktor erhöht wird, der in etwa dem Quadrat der Druckdifferenz zwischen Pj und dem Außendruck entspricht. Dies bewirkt, daß chemische Reaktionen einschließlich Verbrennung mit großer Intensität stattfinden, wobei die Vermutung besteht, daß vor der Reaktion selbst auf Grund von Stoßwirkung ein Auseinanderbrechen der Moleküle stattfindet.

Die Düseneinheit 110 weist in sehr starkem Maße selbstregulierende Eigenschaften auf. Bei einer ein konstantes Gasvolumen fördernden Druckmittelquelle — beispielsweise einer V₄ PS aufweisenden Pumpe — steigt der Druck Pj an, wenn mehr Flüssigkeit durch die Einlaßöffnung 124 zugeführt wird und die Kanäle einen verringerten effektiven Querschnitt aufweisen, wodurch jene zusätzliche Leistung übermittelt wird, die für die Verarbeitung von zusätzlicher Flüssigkeit benötigt ist. Das Flüssigkeitsvolumen hängt selbstverständlich sowohl von der Dichte als von dem pro Minute zugeführten Gewicht ab. Eine erhöhte Flüssigkeitsmenge führt ferner zu einem Ansteigen der Energiezufuhr, indem der Durchmesser D* vermindert wird, was zu einem Ansteigen des Druckes P₁ führt. Demzufolge können große unterschiedliche Mengen von Flüssigkeiten zugeführt werden.

Bei der in F i g. 9 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Düse wird der Ort von D* primär durch vier 90° gegeneinander versetzte öffnungen und die dadurch bewirkte Implosion der Luft von der Atmosphäre und sekundär mit Hilfe eines Ringansatzes 42 erwirkt, der sich unter Ausbildung eines scharfen Winkels in die Düsenkammer erstreckt. Trotz der Anwesenheit dieses Ringansatzes 42 kann als D₁ de- Innendurchmesser der Düse angesehen werden, da die Ringansatzdicke im Verhältnis zum Durchmesser weniger als 0,3 beträgt.

Gemäß dem in F i g. 9 dargestellten Ausführungsbeispiel wurde ein Versuchsmodell gebaut, das folgende Abmessungen hatte:

Länge L 0,70 cm

Durchmesser D, 0,51cm

Länge D* 0,48 cm

Durchmesser der Bohrung 40 .. 0,16 cm Durchmesser der Bohrung 14 .. 0,081 cm Innendurchmesser des Luftzufuhrrohres 20 0,185 cm

Die konische Fläche des Ringes 42 verläuft dabei gegenüber der Düsenachse unter einem Winkel von ' 10

30°. Bei einem Druck P₁- von 0,42 kg/cm² und einer Ausstoßmenge von 34 1 pro Minute ergibt sich bei dieser Ausführungsform ein Durchmesser D* von 0,17 cm, ein Durchmesser D_n von 0,28 cm und eine AusstoßgeschwindigKeit M_n von 2,60 Mach.

Wie sich an Hand der obigen Tabelle ergibt, ist diese Düse ebenfalls zur Verbrennung von zerstäubtem öl geeignet, wobei sowohl die Zuführung des Öls als auch die von der Außenatmosphäre her

ίο erfolgende subsonische Einlaßimplosion entsprechend dem zuerst beschriebenen Ausführungsbeispiel erfolgt.

Falls dies erwünscht sein sollte, kann die zu zerstäubende Flüssigkeit an Stelle durch die Einlaßöffnung durch die die Ebene der Verengung stabilisierenden Bohrungen zugeführt werden. Dabei kann diese Flüssigkeit selbst das Medium zur Stabilisation bilden. Die Flüssigkeit wird innerhalb der Grenzschicht zu dem Düsenauslaß geführt, worauf der weitere Transport des Brennstoffes in der bereits beschriebenen Art und Weise erfolgt. Falls dies erwünscht sein sollte, kann die zu zerstäubende Flüssigkeit ebenfalls außerhalb der Düse in der Nähe des supersonischen Strahls eingeführt werden, wodurch dieselbe durch das von dem Strahl erzeugte Vakuum in der bereits beschriebenen Art und Weise zerstäubt wird. Wenn zur Erzielung einer hohen Reaktionsgeschwindigkeit zwei Flüssigkeiten miteinander in Berührung gebracht werden, kann eine davon in der zuletzt beschriebenen Art und Weise eingeführt werden, während die andere auf einer der beiden zuerst beschriebenen Art und Weise zugeführt wird. Die Menge der zugeführten Flüssigkeit sollte selbstverständlich der Energie und der Art des supersonischen Strahls angepaßt werden, damit weder auf Grund einer zu großen Flüssigkeitsmenge der supersonische Impiosionseffeki zcrsiüri noch auf Grund einer zu kleinen Flüssigkeitsmenge eine zu geringe supersonische Strahlenergie erzeugt wird.

Während vorzugsweise die Stabilisation des Strahls hauptsächlich durch das Einführen eines Mediums im Bereich der Einschnürungsebene erfolgt, so kann diese Stabilisation ebenfalls allein mit Hilfe des sich in die Düse erstreckenden Ringansatzes erfolgen. (Bei einem besonderen Ausführungsbeispiel wird der die Einengung bildende Durchmesser einfach durch den Innendurchmesser der zylindrischen Düse erwirkt. Dieser Innendurchmesser wird durch jenen Durchmesser D, gebildet, der zwischen dem Düseneinlaß und dem Düsenauslaß auftritt, und zwar in jenem Bereich, in weichem die längsweite Erstreckung L₁ dividiert durch den Durchmesser D₁ mehr als 0,3 beträgt.)

Bei dem in F i g. 10 dargestellten Ausführungsbei-

spiel wird die Stabilisation im Bereich der Einschnürung ebenfalls durch Implosion von vier 90° gegeneinander versetzten koplanaren Gasströmen erreicht. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist jedoch kein Einlaß für eine atmosphärische Implosion vorgesehen

Es wird hingegen ein bei niederem Druck verdampfendes Freon — beispielsweise Freon 144 — gas förmig unter einem Druck von P₁ eingeführt, wöbe durch dieses Gas ebenfalls noch nicht verdampfte Freon und anderes Material — beispielsweise Haar lack — mitgeführt wird, wobei diese flüssigen um gasförmigen Stoffe aus einem nicht dargestellte! Aerosolbehälter stammen. Die in Fig. 10 dargestellte Düse besteht aus zw<

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billig herzustellenden Elementen, nämlich einem aus einem Standardkupferrohr mit einem Durchmesser von 0,64 cm bestehenden Gehäuse 70 und einem auf einer Schraubendrehbank ebenfalls aus Kupfer hergestellten inneren Einsatz 72. Der innere Einsatz 72 besteht aus einem runden Hauptkörper 74, an welchem durch Entfernung entsprechender Segmente zwei flache Oberflächen 76 ausgebildet sind. Diese Oberflächen 76 bilden mit der inneren Oberfläche des Gehäuses Kanäle 78, die mit einer Ringkammer 80 in Verbindung stehen, die wiederum mittels vier Bohrungen 82 mit der Innenseite des Einsatzes 72 verbunden sind. Innerhalb des Gehäuses 70 ist eine Bohrung 84 und innerhalb des Einsatzes 72 eine mit dieser Bohrung fluchtende Biindbohrung 86 vorgesehen. In diese Bohrungen 84, 86 ist eine Rohrleitung 88 eingesetzt, die mit einem nicht dargestellten Aerosolbehälter in Verbindung steht. Die Blindbohrung 86 steht über eine weitere Blindbohrung mit einer Düsenöffnung 92 in Verbindung.

Ein Versuchsmodell entsprechend dem in Fig. 10 und 11 dargestellten Ausführungsbeispiel hatte dabei folgende Abmessungen:

Länge der Düse L 0,80 cm

Durchmesser D, 0,43 cm

Länge L* 0,66 cm

Durchmesser der Bohrung 82 .. 0,16 cm
Durchmesser der

Düsenöffnung 92 0,041 cm

Eine Übereinstimmung der Konzentrizität der Düsenöüuung 92 gegenüber D₁ muß dabei innerhalb von 0,025 cm gehalten werden. Die konische Fläche 94 verlief unter einem Winkel von 45° gegenüber der Düsenachse. Freon 114 wurde gasförmig durch die Düsenöfinung 92 mit einem Druck von 0,14 kg/cm² zugeführt. Das Ausstoßvolumen betrug 18,11 pro Minute. Unter diesen Bedingungen ergab sich ein Durchmesser D* von 0,12 cm, ein Durchmesser D₀

ίο von 0,22 cm und eine Auslaßgeschwindigkeit von 2,4 Mach.

Die Ringkammer 80 dient dabei nicht nur für die Zuführung des Gases durch die Bohrungen 82, sondern stellt ebenfalls eine durch den Rohransatz 96 hindurch mit Wärme gespeiste Kammer dar, in welche flüssig gebliebenes Freon verdampft und das durch Verdampfung abgekühlte Freongas erwärmt wird. Auf Grund von Wärmeleitung werden ferner die Bohrungen 84, 90, 92 erwärmt, wodurch die Verdampfung verbessert wird. Demzufolge erzeugt diese Düse nicht nur eine sehr feine Versprühung, sondern im Gegensatz zu bisher bekannten Aerosolsprühgefäßen ein Sprühgas, das nicht kalt, sondern angewärmt ist. Diese Düse hat den zusätzlichen Vorteil daß das eine hohe Dichte aufweisende Freon auslaßseitig von der Düse mit der Luft in Wechselwirkung tritt, wodurch im Gegensai/. l\x gcwölmlichcn Düsen bei welchen die hohe Dichte keinen besonderen Vor teil bringt, die Zerstäubung noch weiter verbesser wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

19 17 367 Ί

Ά ι J 2

_ 10 Düse nach einem der vorstehenden An-

raienvanspruche: spräche, dadurch gelkennzeichnet, daß die EIe-

tzH. Aus einem Rohrstück bestehende Düse für mente zur axialen Stabilisierung als dünner Ring-

ieineE UltraschaU-Gasstrom-Generator, wobei das ansäte (42) an der Düse ausgebildet sind.

Hohrstück einen sich von einem Gasstrom-Ein- 5 11. Düse nach einem der Ansprache 1 bis 9,

laßende zu einem Gasstrom-Auslaßende axial bei der die Elemente radiale Bohrungen sind, da-

erstreckenden Kanal sowie radiale, in einer quer durch gekennzeichnet, daß die Bohrungen mit

zur Düsenachse liegenden Strahleinschnürungs- Atmosphäre in Verbindung stehen. _

ebene angeordnete Bohrungen oder dergleichen 12. Düse nach einem der Ansprüche 3 bis 11,

Elemente zur axialen Stabilisierung der Strahlein- ίο dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurch-

schnürung des am Einlaßende axial eingeblasenen messer des Zuführrohres (20) kleiner als der

Gasstroms aufweist, dadurch gekenn- halbe Innendurchmesser des Düseneinlasses ist

zeichnet, daß der Kanal im wesentlichen über

seine ganze Länge gleichbleibenden Querschnitt

besitzt und daß zur Ausbildung einer den Gas- 15 Die Erfindung betrifft eine aus einem Rohrstück

strahl im Kanal umgebenden Gasgrenzschicht die bestehende Düse für einen Ultraschall-Gasstrom-

öffnung (28; 136) des Rohrstückes (26; 126) am Generator, wobei das Rohrstück einen sich von einem

Einlaßende derart ausgebildet ist, daß den ein- Gasstrom-Einlaßende zu einem Gasstrom-Auslaß-

geblasenen Gasstrom umgebendes Gas axial in ende axial erstreckenden Kanal sowie radiale, in

den Kanal implodiert. ^ao einer quer zur Düsenachse liegenden Strahlein-

2. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekenn- schnürungsebene angeordnete Bohrungen oder derzeichnet, daß am Einlaßende eine zentrale öff- gleichen Elemente zur axialen Stabilisierung der nung (124) sowie eine oder mehrere am Rand Strahleinschnürung des am Einlaßende axial eingeangeordnete öffnungen (28; 136) vorgesehen blasenen Gasstroms aufweist.

sind. »5 Eine derartige Düse ist bekannt aus den USA.-Pa-

3. Düse nach Anspruch 2, dadurch gekenn- tentschriften 32 40 254, 33 71 869 und 33 37 135. Die zeichnet, daß ein außerhalb der Düse axial an- Anwendung dieser Düsen, beispielsweise für das Zergeordnetes Zuführrohr (20) in der Einlaßebene stäuben von Flüssigkeiten, leidet häufig darunter, endet, dessen Bohrung die Zentralöffnung bildet, daß der Wirkungsgrad nicht die erwünschten Werte und daß um das Zuführrohr in der Einlaßebene 30 erreicht. Ferner ist nachteilig, daß meist ein Resoein Ringbereich (28) frei gelassen ist, durch den nator vor dem Auslaßende angeordnet sein muß, was Gas in den Kanal implodiert. bei einer Zusammenfassung vieler Düsen zu einem

4. Düse nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge- Aggregat stört.

kennzeichnet, daß die zentrale öffnung und die Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,

am Rand angeordnete öffnung an die gleiche 35 die bekannte Düse so zu verbessern, daß die abge-

Gasstromquelle angeschlossen sind. gebene Schallamplitude erhöht und der Wirkungs-

5. Düse nach Anspruch 2, dadurch gekenn- grad bei einem Überschall-Gasstrom-Generator erzeichnet, daß die zentrale öffnung eine Axial- höht wird.

bohrung (124) in einem von einem tubusförmi- Die Lösung dieser Aufgabe gelingt bei der ein-

gcii Gehäuse (112) umgebenen Vorsatzkörper 4» gangs definierten Düse nach der Erfindung dadurch, (120) ist und daß die Randöffnungen durch daß der Kanal im wesentlichen über seine ganze gegenüberliegende Abdachungen (134) am Vor- Länge gleichbleibenden Querschnitt besitzt und daß satzkörper gebildet sind. zur Ausbildung einer den Gasstrahl im Kanal um-

6. Düse nach einem der vorstehenden An- gebenden Gasgrenzschicht die Öffnung des Rohrsprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zen- 45 Stückes am Einlaßende derart ausgebildet ist, daß trale Öffnung und die in der Einschnürungsebene den eingeblasenen Gasstrom umgebendes Gas axial angeordneten Bohrungen (30) an die gleiche Gas- in den Kanal implodiert.

stromquelle angeschlossen sind und die Rand- Durch das Implodieren des Gases an diesem

öffnungen (28) mit Atmosphäre in Verbindung Einlaß steht zur Ausbildung der Gasgrenzschicht stehen. 5° mehr Gas zur Verfügung, so daß die sich in der Düse

7. Düse nach Anspruch 5, dadurch gekenn- aufbauende Gasstromverengung nicht mehr wie bei zeichnet, daß die zentrale öffnung und die Rand- den bekannten Düsen statisch durch eine doppelt öffnungen sowie die in der Einschnürungsebene konische Düsenwand, sondern dynamisch durch den angeordneten Bohrungen (130) an die gleiche Aufbau der Gasgrenzschicht erzeugt wird. Dadurch Gasstromquelle angeschlossen sind. 55 ergibt sich eine bessere Steuermöglichkeit der Ein-

8. Düse nach einem der vorstehenden An- schnürung des die Düse durchlaufenden Gasstromes, spriiche, dadurch gekennzeichnet, daß die lichte wobei dann der Düsenquerschnitt konstant bleiben Weite des Rohrstückes wenigstens doppelt so kann. Das die Gasgrenzschicht aufbauende Gas wird groß wie der durch die Gasgrenzschicht einge- schließlich an einer Stelle in die Düse eingeführt, die schnürte Kanaldurchmesser in der Einschnürungs- 60 für den Grenzschichtaufbau besonders wirkungsvoll ebene ist. ist, nämlich am Düseneinlaß. Dadurch ergibt sich ein

^Q. Düse nach einem der vorstehenden An- für die Düsenlänge gleichmäßigerer Aufbau der Gassprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ver- grenzschicht gegenüber etwa einer seitlichen Gashältnis des Abstandes zwischen Einlaßende und zuführung in der Strahleinschnürungsebene.
Einschr.ürungsebene zum Durchmesser der durch 65 Die Erfindung ermöglicht eine Reihe besonders die Grenzschicht gebildeten Kanaleinschnürung zweckmäßiger Weiterführungen. So kann am Einlaßin der Einschnürungsebene im Bereich von 0,9 ende eine zentrale öffnung sowie eine oder mehrere bis 1,5 liegt. am Rand angeordnete öffnungen vorgesehen sein,