DE3043239A1 - Verfahren und vorrichtung zum mischen mindestens zweier teilstraeme mit unterschiedlichen zustandsgroessen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum mischen mindestens zweier teilstraeme mit unterschiedlichen zustandsgroessen

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DE3043239A1 DE19803043239 DE3043239A DE3043239A1 DE 3043239 A1 DE3043239 A1 DE 3043239A1 DE 19803043239 DE19803043239 DE 19803043239 DE 3043239 A DE3043239 A DE 3043239A DE 3043239 A1 DE3043239 A1 DE 3043239A1
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Description

α «ο
Unser Zeichen: 21 682 ^S- Düsseldorf ,den 14.11.1980
Balcke-Dürr AMengesellschaft,Hornberger Str.2,4030 Ratingen 1
Verfahren und Vorrichtung zum Mischen mindestens zweier Teilströme mit unterschiedlichen Zustandsgrößen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Mischen mindestens zweier Teilströme mit unterschiedlichen Zustandsgrößen.
Zum Mischen mehrerer Teilströme mit unterschiedlichen Zustandsgrößen werden entweder mechanisch angetriebene Rührwerke verwendet ,wenn es sich bei dem strömenden Material um Flüssigkeiten handelt,oder feststehende Leitflächen, die insbesondere bei gasförmigen Medien eine Ablenkung der Strömung bzw.von Strömungsteilen bewirken,um durch Umlenkung der Strömungsrichtung die Teilströme ineinander überzuführen und hierdurch zu durchmischen.
Die bekannten Verfahren und Vorrichtungen besitzen nicht nur den Nachteil eines großen baulichen Aufwandes,sondern bewirken wegen ihres großen Versperrungsgrades und der erzielten Umlenkung der Teilströme einen hohen Druckverlust,der beim Betrieb der jeweiligen Anlage infolge des hiermit verbundenen großen Energieverbrauchs wirtschaftlich größere Nachteile zur Folge haben kann als der große Bauaufwand.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, mit denen innerhalb eines kurzen Strömungsabschnittes eine verlust-
-4-
arme und wirksame Durchmischung mindestens zweier Teilströme mit unterschiedlichen Zustandsgrößen möglich ist, ohne daß hierzu ein großer baulicher Aufwand oder ein hoher Energieverbrauch erforderlich ist.
Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch das Verfahren der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß im Strömungsquerschnitt mindestens eines Teilstroms mindestens ein Wirbelimpuls erzeugt wird,der sich stromabwärts quer zur StrömungsrJchtung zu einem diskreten Wirbelsystem ausbreitet,dessen Komponenten quer zur Strömungshauptrichtung in den Strömungsquerschnitt des anderen Teilstromes übergreifen. Der Wirbelimpuls kann gemäß weiteren Merkmalen der Erfindung durch mindestens eine gekrümmte Fläche und/oder durch mindestens eine Kante einer Fläche oder eines Körpers erzeugt werden. Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß der Wirbelimpuls durch zwei spitzwinklig zueinander verlaufende Abreißkanten eines deltaförmigen Einbauelements erzeugt wird.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird innerhalb eines kürzeren Strömungsweges und bei einem erheblich geringeren Druckverlust eine nahezu vollständige Durchmischung der Teilströme erzielt. Während eine ausreichend gleichmäßfee Durchmischung von Teilströmen mit unterschiedlichen Zustandsgrößen nach den bekannten Verfahren eine Mischstrecke erfordert,deren Länge etwa dem Vierfachen des Durchmessers des Hauptkan&/ls entspricht, erzielt das erfindungsgemäße Verfahren eine erheblich bessere Durchmischung bereits nach etwa der Hälfte der Mischstrecke und mit einem Druckverlust,der bei 10 bis 20$ des Druckverlusts der bekannten Verfahren liegt. Diese erheblichen Vorteile werden im wesentlichen dadurch erzielt, daß nach dem erfindungsgemäßen Verfahren weder angetriebene Mischvorrichtungen noch Einbauten mit großen Leitflächen und hohem Versperrungsgrad verwendet werden,welche Teile der Ströme zwangsweise umlenken,sondern daß durch feststehende Einbauelemente mit geringem Versperrungs-
Rl CIKE
LLJF=IF=R -"?-
grad Wirbelimpulse erzeugt werden,die durch ihre stromabwärts erfolgende Ausbreitung quer zur Strömungsrichtung eine verlustarme Durchmischung der Teilströme bewirken, da die quer zur Strömungshauptriehtung verlaufenden Komponenten der Wirbelsysteme in den Strömungsquerschnitt der jeweils anderen Teilströme übergreifen und auf diese Weise eine intensive Durchmischung bewirken. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich sowohl für Flüssigkeiten als auch für Gase verwenden und ist insbesondere zur Lösung unterschiedlichster Mischungsaufgaben bei Mischung von Rauchgasen,Abgasen und Schwaden geeignet.
Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens benutzt jeweils einen eigenen Zuleitungskanal für jeden Teilstrom. Wird zur Zuleitung eines Teilstroms ein Hauptkanal benutzt,in welchem weitere Zuleitungskanäle münden,können diese in einer gemeinsamen Querschnittsebene,das heißt räumlich gemeinsam,oder einzeln,das heißt räumlich getrennt voneinander an den Hauptkanal angeschlossen sein. Der Querschnitt sowohl der Zu leitungskanal als auch des Hauptkanals kann rund (kreisförmig oder oval),rechteckig oder mit jedem beliebigen anderen Querschnitt ausgebildet sein. Auch das Verhältnis der Strömungsquerschnitte der einzelnen Kanäle zueinander ist beliebig wählbar, so daß insbesondere auch die Querschnitte der Zuleitungskanäle unterschiedlich groß sein können.Mindestens im Strömungsquerschnitt eines Teilstroms äst ein erfindungsgemäßes Einbauelement angeordnet.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des voranstehend geschilderten Verfahrens nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,daß das Einbauelement zur Erzeugung des diskreten Wirbelsystems mindestens eine Strömungsabrißlinie aufweist,die quer zur HauptStrömungsrichtung des jeweiligen Teilstromes ausge richtet ist .Hierdurch wird sichergestellt ,daß das Einbauelement einen sich stromabwärts quer zur Strömungsachtung zu einem diskreten Wirbelsystem ausbreitenden Wirbelimpus erzeugt,wobei die in den Strömungsquerschnitt der anderen Teilströme übergreifenden Komponenten des Wirbelsystems eine verluöfcarme und intensi' ve Durchmischunr ler Teilströine zur "FoIp;e haben.
HU
Die erfxndungsgemäße Vorrichtung bewirkt nicht nur eine intensive Durchmischung auf kurzer Wegstrecke und mit geringen Druckverlusten ,sondern erfordert nur einen äußerst geringen baulichen Aufwand,der die Möglichkeit eröffnet,die erfxndungsgemäße Vorrichtung auch nachträglich in bereits existierende Kanäle einzubauen. Da die erfxndungsgemäßen Einbauelemente nicht der Ablenkung oder Umlenkung von Strömungsteilen dienen,sondern der Erzeugung von Impulsen,besitzen sie einen äußerst geringen Versperrungsgrad und sind gegenüber Verschmutzung unempfindlich.
Sofern die Vorrichtung einen durchgehenden Hauptkanal,der zugleich Zuleitungskanal für einen Teilstrom ist, und mindestens einen seitlich angeschlossenen Zuleitungskanal umfaßt,wird erfindungsgemäß mindestens ein Einbauelement im Strömungsquerschnitt mindestens eines Teilstroms innerhalb des Zuleitungskanals und/oder Hauptkanals angeordnet. Das Einbauelement kann im Hauptkanal im Bereich der Mündung des Zuleitungskanals bzw» der Zuleitungskanäle angeordnet sein und sich in den Strömungsquerschnitt sämtlicher Teilströme erstrecken. Alternativ kann im Strömungsquerschnitt jedes Teilstromes mindestens ein Einbauelement angeordnet sein, insbesondere wenn es sich hierbei um seitlich an den Hauptkanal angeschlossene Zuleitungskanäle handelt. Schließlich ist es möglich, im Hauptkanal hinter den Mündungen der Zuleitungakanäle mindestens ein Einbauelement anzuordnen,welches durch das sich stromabwärts ausbreitende Wirbelsystem für die Durchmischung der Teilströme sorgt.
Sofern die Vorrichtung paralM zueinander in einem gemeinsamen Hauptkanal mündende Zuleitungskanäle besitzt,wird gemäß der Erfindung jeweils ein Einbauelement in der Grenzstromfläche zwischen den Strömungsquerschnitten benachbarter Teilströme angeordnet. Die Zuleitungskanäle können hierbei nebeneinander liegend im Hauptkanal münden oder konzentrisch zueinander verlaufen,wobei im letzteren Fall mehrere Einbauelemente in der ringförmig geschlossenen Grenzstromfläche gleichmäßig verteilt angeg ordnet sind. Um die Mischstrecke zu verkürzen,sie durch Mischung
H-JFRFR -Sr-
zu intensivieren und evt. unerwünschten Drall zu verhindern, können gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung im Hauptkanal stromabwärts der in den Grenzstromflächen angeordneten Einbauelementen weitere Einbauelemente mit entgegengesetzter Anstellrichtung angeordnet sein.
Bei Vorrichtungen mit mehreren parallel zueinander in einen gemeinsamen Hauptkanal mündenden Zuleitungskanälen,wie insbesondere bei Rauchgaszuleitungen zu einem Kamin,wird erfindungsgemäß im Mündungsbereich jedes Zuleitungskanals ein Einbauelement angeordnet. Diese Einbauelemente sorgen durch die Ausbildung der erfindungsgemäßen Wirbelsysteme für eine zuverlässige und intensive Durchmischung der Rauchgasströme mit unterschiedliehen Zustandsgrößen, insbesondere Schwefelgehalt, und zwar auch bei wechselnden Mengenverhältnissen zwischen den einzelnen Teilströmen.
Sofern mehrere Zuleitungskanäle seitlich an einem sich verengenden Hauptkanal angeschlossen sind,wird mit der Erfindung vorgeschlagen,jeweils ein Einbauelement in der Grenzstromfläche der Teilströme anzuordnen,wobei die Ausrichtung der entstehenden Wirbelsysteme auf die Düsenwirkung der Verengung abgestimmt werden kann.
Bei Vorrichtungen mit mehreren seitlich in einen Hauptkanal mündenden Zuleitungskanälen können die Zuleitungskanäle gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung mittels Rohrstutzen in den Hauptkanal hineinragen und die gekrümmten Flächen dieser Rohrstutzen zur Erzeugung jeweils eines diskreten Wirbelsystems ausgebildet sein. In diesem Fall werden die Einbauelemente durch die Rohrstutzen der Zuleitungskanäle gebildet,so daß anstelle der erfindungsgemäßen Möglichkeit zur Erzeugung des Wirbelimpulses durch die Kante einer FJäche oder eines Körpers in diesem Fall eine gekrümmte Fläche 3ur Erzeugung des Wirbelimpulses herangezogen wird. Die Länge der in den Hauptkanal hineinra-
^F=Jl CZZKC
ILL-JF=RF=I
genden Rohrstutzen beträgt vorzugsweise zwischen IQ und 2.5·% des Durchmessers des Hauptkanals,wobei die aus den Rohrstutzen austretenden Teilströme ihrerseits Teile des im Hauptkanal strömenden Mediums zur Wirbelbildung anregen. Die Rohrstutzen können einen runden oder eckigen Querschnitt (dreieckig,viereckig oder mehreckig) aufweisen und auf ihrer gekrümmten Fläche mit scharfkantigen Leisten versehen sein, um den Impuls für die Wirbelbiidung zu vergrößern.
Sol·! der Wirbelimpuls entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren durch mindestens eine Kante einer Fläche erzeugt werden, wird mit der Erfindung vorgeschlagen,das Einbauelement als Fläche mit einem Kantenveriauf auszubilden,der sowohl eine in HauptStrömungsrichtung als auch eine quer hierzu verlaufende Komponente aufweist. Vorzugsweise besitzt das Einbauelement einen symmetrischen Kantenverlauf mit in HauptStrömungsrichtung verlaufender Symmetrieebene.Das Einbauelement kann erfindungsgemäß mit einer kreisförmigen,elliptischen,ovalen,parabelförmigen oder rautenförmigen Grundform ausgebildet sein. Eine besonders gute Wirkung ergibt sich,wenn das Einbauelement gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung deitaförmig mit entgegengesetzt zur HauptStrömungsrichtung weisender Spitze ausgebildet ist. Zur Erhöhung der Stabilität des Einbauelements kann dieses im Querschnitt profiliert, V-förmig ausgebildet und/oder mit einem abgewinkelten Rand versehen sein.
Auf der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele'der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt,und zwar zeigen:
Fig.l einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel mit einem durchgehenden Hauptkanal und einem spitzwinklig angeschiossenen Zuleitungskanal,
Fig.2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach Fig.l, Fig.3 einen Längsschnitt durch ein zweites und
Fig.4 einen Längsschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel mit einem durchgehenden Hauptkanal und einem seitlich spitzwinkling angeschlossenen Zuleitungskanal,
F=RL
IP-0Ir^=I
Fig. 5 einen Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform, bei der an einen durchgehenden Hauptkanal zwei seitliche Zuleitungskanäle versetzt zueinander spitzwinklig angeschlossen sind,
Fig. 6 einen Längsschnitt durch einen Hauptkanal, an den drei Zuleitungskanäle mit unterschiedlichen Winkeln angeschlossen sind,
Fig. 7 einen Längsschnitt durch einen Hauptkanal, der sich an zwei symmetrisch unter einem spitzen Winkel zusammengeführte Zuleitungskanäle anschließt,
Fig. 8 eine weitere Ausführungsform im Längsschnitt,bei welcher zwei aufeinanderweisende Zuleitungskanäle in- einem rechtwinklig abstehenden Hauptkanal münden,
Fig. 9 einen Längsschnitt durch einen Hauptkanal, der mit gleichbleibendem Strömungsquerschnitt aus drei rechteckigen, mit unterschiedlichem Winkel mündenden Zuleitungskanälen gebüdet ist,
Fig.10 eine Draufsicht auf den Hauptkanal nach Fig.9,
Fig.11 einen Längsschnitt durch einen Hauptkanal,der ohne Querschnittsveränderung durch zwei konzentrisch zueinander verlaufende Zuleitungskanäle gebildet ist,
Fig.12 eine Draufsicht auf den Hauptkanal nach Fig.11,
Fig.13 einen Längsschnitt durch den unteren Teil eines Hauptkanals mit kreisförmigem Querschnitt, in dem drei Zuleitungskanäle mit ebenfalls kreisförmigem Querschnitt, jedoch geringerer Querschnittsfläche münden,
Fig.14 eine Draufsicht auf den Hauptkanal nach Fig.13,
Fig.15 einen Hauptkanal mit sich verengendem Querschnitt und mehreren seitlich angeschlossenen Zuleitungskanälen,
Fig.16 einen Hauptkanal mit kreisförmigem Querschnitt,an den sechs Zuleitungskanäle mit beliebigem Querschnitt angeschlossen sind,die mit Rohrstutzen in den Hauptkanal hineinragen,
Fig.17 eine Draufsicht auf den Hauptkanal nach Fig.16,
Fig.18 ein Schaubild einer Modellmessung der Rauchkonzentration,gemessen in der Höhe h über die Diagonale s-s eines Modells,das in der Draufsicht in Fig.l8a und im Längsschnitt in Fig.l8b dargestellt ist,
Fig. 19 Draufsicht auf vier verschiedene Grundformen eines -22 Einbauelement^9
Fig.23 jeweils einen Querschnitt durch ein Einbauelement u.24 und
Γ Ί
Pig.25 Querschnitte durch vier rohrförmige - 28 Einbauelemente.
Das in den Fig.l und 2 dargestellte erste Ausführungsbeispiel zeigt einen im Querschnitt rechteckigen Hauptkanal 1, an den ein Zuleitungskanal 2 unter einem Anschlußwinkel β angeschlossen ist. Im Hauptkanal 1 strömt der Teilstrom Q1,dem durch den Zuleitungskanal 2 der Teilstrom Q2 zugeführt wird.
Im Mündungsbereich des Zuleitungskanals 2 ist ein deltaförmiges Einbauelement 3 angeordnet,welches unter dem Anstellwinkel oC gegenüber der Strömungsrichtung des Teilstromes Q1 angestellt ist und mit seiner Spitze entgegengesetzt zur Strömungsrichtung weist. Diese Spitze des Einbauelements 3 besitzt einen Wandabstand b von der durchgehenden Wand des Hauptkanals 1 und taucht gegenüber der unteren Kante des einmündenden Zuleitungskanals 2 mit der Eintauchtiefe h in den Hauptkanal 1 vor der Mündungsstelle ein.
Die symmetrisch zur HauptStrömungsrichtung verlaufenden Kanten, die sowohl eine in HauptStrömungsrichtung als auch quer hierzu verlaufende Komponente besitzen,erzeugen Wirbelimpulse,die sich stromabwärts im Hauptkanal 1 quer zur Strömungsrichtung zu einem diskreten Wirbelsystem ausbreiten,wie dies schematisch in Pig.l angedeutet ist. Die Komponenten dieses Wirbelsystems greifen quer zur Strömungshauptrichtung des Teilstroms Q1 in den Strömungsquerschnitt des Teilstroms Q2 über, so daß eine intensive Durchmischung der Teilströme Q1 und Q2 nach deren Zusammenführung erzielt wird. Das deltaförmige Einbauelement 3 bewirkt hierbei keine ins Gewicht fallende Umlenkung oder Ablenkung des Teilstroms Q1,sondern erzielt die Durchmischung durch das voranstehend beschriebene Wirbelsystem,welches verhindert, daß die beiden Teilströme Q1 und Q2 r&eneinander im oberen Teil des Hauptkanals 1 strömen,wie dies ohne das Einbauelement 3 der Fall wäre. Das Einbauelement 3 reicht mit seiner oberen Kante verhältnismäßig weit an die Mündung des Zuleitungskanals 2
heran, um auch im Teilstrom Q Wirbelimpulse zu erzeugen und zu verhindern, daß ein Rest des Teilstromes Q2 unvermischt an der Wand des Hauptkanals 1 nach oben strömt. Die Darstellung zeigt, daß eine solche Strähne durch das sich stromabwärts ausbreitende Wirbelsystem verhindert wird.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig.3 ist wiederum ein seitlicher Zuleitungskanal 2 unter dem Anschlußwinkel ß an einen Hauptkanal 1 angeschlossen. Im vorliegenden Fall befinden sich jedoch zwei deltaförmige Einbauelemente 3 im Hauptkanal l,die für eine Wirbelbildung im Hauptkanal 1 sorgen,so daß der aus dem Zuleitungskanal 2 zugeführte Teilstrom Q2 intensiv mit dem im unteren Teil des Hauptkanals 1 zugeführten Teilstrom Q vermischt wird. Das untere der beiden Einbauelemente 3 erzeugt hierbei im wesentlichen Wirbelimpulse innerhalb des Teilstroms Q1; wogegen das obere Einbauelement 3 sich ausbreitende Wirbe.lsysteme■ im wesentlichen im Teilstrom Q2 erzeugt.
Auch beim dritten Ausführungsbeispiel nach Fig.4 ist der Zuleitungskanal 2 unter einem spitzen Anschlußwinkel ß an den Hauptkanal 1 angeschlossen. Im Teilstrom Q1 wird wiederum durch ein Einbauelement 3 ein Wirbelsystem erzeugt. Abweichend vom Ausführungsbeispiel nach Fig.3 wird das Wirbelsystem im Teilstrom Q2 durch ein Einbauelement 3 erzeugt,das teilweise in den Zuleitungskanal 2 hineinragt und entgegengesetzt zum oberen Einbauelement 3 gemäß Fig.3 angestellt ist. Bei dieser Ausführungsform kann ein drittes zusätzliches Einbauelement 3 hinter der Mündung des Zuleitungskanals 2 im Hauptkanal 1 angeordnet sein,wie dies mit gestrichelten Linien in Fig.4 angedeutet ist. Dies« zusätzliche Einbauelement 3 bewirkt durch seine zusätzliche Wirbelbildung eine Verkürzung der Mischstrecke.
Bei der Ausführungsform nach Fig.5 sind zwei Zuleitungskanäle 2a,2b an einen durchgehenden Hauptkanal 1 angeschlossen, und zwar unter einem Anschlußwi.^kel JS1 bzw. f2 und um den Betrag a in Längsrichtung des Hauptkanals 1 versetzt. Im Mündungsbereich
^F=II CZZK
CZ3LLJF=IF=I - *tf-
jedes Zuleitungskanals 2a,2b ist ein deltaförmiges Einbauelement 3 angeordnet,welches in der in Fig.5 eingezeichneten Weise Wirbelsysteme erzeugt, die eine intensive Einmischung der Teilströme Q0 und Q0, in den Teilstrom Q. bewirken. Die Einbauelemente 3 ragen teilweise in den jeweiligen Zuleitungskanal 2a, 2b hinein, so daß die Mischstrecke verkürzt wird.
Gemäß dem fünften Ausfuhrungsbexspiel nach Fig.6 kann es bei ein5m räumlich gemeinsamen ■ Anschluöüreier Zuleitungskanäle 2a,2b,2c an einen Hauptkanal 1 ausreichend sein,hinter dem Mündungsbereich mehrere deltaförmige Einbauelemente 3 anzuordnen,die sich über den gesamten Querschnitt des Hauptkanals 1 erstreckende Wirbelsysteme erzeugen. Beim Ausfuhrungsbexspiel nach Fig.6 werden im Hauptkanal 1 die Teilströme Q0 , Q0 und Q0 gemischt,
wobei die Zuleitungskanäle 2a,2b,2c mit unterschiedlichen Anschlußwinkeln an den Hauptkanal 1 angeschlossen sind und darüber hinaus unterschiedliche Strömungsquerschnitte aufweisen.
Die weitere Ausführungsform gemäß Fig. 7 zeigt wiederum einen Hauptkanal l,der durch zwei spitzwinklig und symmetrisch zusammenstoßende Zuleitungskanäle 2a und 2b gebildet wird,durch welche die Teilströme Q2 bzw. Q2, dem Hauptkanal 1 zuströmen. Bei dieser Auäührungsform sind zwei deltaförmige Einbauelemente 3 im Mündungsbereich der Zuleitungskanäle 2a und 2b angeordnet, die sich kreuzende Wirbelsysteme kurz hinter dem Mündungsbereich bilden und .eine intensive Durchmischung der Teilströme Q2 und Qp, bewirken.
Das Ausfuhrungsbeispxel nach Fig.8 zeigt zwei entgegengesetzt zueinander ausgerichtete Zuleitungskanäle 2a und 2b für die Teilströme Q2 und Q2,,die in einen rechtwinklig abzweigenden Hauptkanal 1 eintreten. Zur Durchmischung der Teilströme Qp und
Q^ ist im Hauptkanal 1 ein deltaförmiges Einbauelement 3 ange-2b
ordnet,welches mit seinen Kanten Wirbelsysteme erzeugt,die zu einer verlustarmen Durchmischung der Teilströme Q2 und Q0 führen.
Kl
Das' Ausführungsbeispiel nach den Fig.9 und 10 zeigt einen Hauptkanal l,der durch drei Zuleitungskanäle 2a,2b und 2c mit rechteckigem Querschnitt gebildet wird,die parallel zueinander und nebeneinander im Hauptkanal 1 münden,zuvor jedoch aus unterschiedlichen Richtungen zusammengeführt werden.Bei dieser Ausführungsform sind mehrere deltaförmige Einbauelemente 3 in den Grenzstromflächen zwischen benachbarten Teilströmen Q? und Q2b bzw. Q2b und Q2q angeordnet.Dies sind im Längsschnitt die unteren und in der Draufsicht die vier mittleren Einbauelemente 3. Um die Wirkung dieser Einbauelemente 3 zu unterstützen und die Mischstrecke zu verkürzen,sind beim Ausführungsbeispiel nach den Fig.9 und 10 stromabwärts zu den in den Grenzstromflächen angeordneten Einbauelementen 3 weitere Einbauelemente 3a im Hauptkanal 1 angeordnet,die entgegengesetzt zu den unteren Einbauelementen 3 zur Strömungsrichtung angestellt sind und die Teilströme Q„ und Q2q einer schnelleren Vermischung zuführen.
Anstelle der parallel zueinander und nebeneinander im Hauptkanal 1 mündenden Zuleitungskanäle nach den Fig.9 und 10 kann die Zuführung eines Teilstroms Q1 zu einem Teilstrom Q„ gemäß dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 11 und 12 auch.durch konzentrische Anordnung des Zuleitungskanals 2 zum Hauptkanal 1 erfolgen.Auch in diesem Fall sind deltaförmige Einbauelemente 3 in der in der Art eines Ringes geschlossenen Grenzstromfläche angeordnet ,und zwar gleichmäßig verteilt,wie dies die Draufsicht in Fig.12 zeigt.Die Ausbildung der Wirbelsysteme ist wiederum in Fig.11 angedeutet,wogegen die rotationssymmetrische Anordnung der Einbauelemente 3 am besten in Fig.12 zu erkennen ist.
Das Ausführungsbeispiel nach den Fig.13 und 14 zeigt einen im Querschnitt kreisförmigen Hauptkanal !,der beispielsweise der untere Teil eines Kamines ist,in den von unten her drei Zuleitungskanäle 2a,2b,2c mit kreisförmigem und untereinander gleich großem Strömungsquerschnitt parallel zueinander münden.Der Strömungsquerschnitt des Haupt anals 1 ist größer als die Summe der
Strömungsquerschnitte der Zuleitungskanäle 2a,2b,2c. Um eine intensive Durchmischung der Teilströme Q2 , Q2, und Q2 im Hauptkanal 1 zu bewirken,ist im Mündungsbereich jedes Zuleitungskanals 2a,2b,2c ein deltaförmiges Einbauelement 3 angeordnet. Die Ausrichtung dieser Einbauelemente 3 in den Mündungen der Zuleitungskanäle 2a,2b,2c erfolgt entsprechend den jeweiligen Mengen der Teilströme Q2 , Q0, und Q2 .
In Fig.18 ist anhand eines Diagramms die Rauchkonzentration einer Modellmessung anhand einer Ausführungsform gemäß dem Ausführungsbeispiel nach den Fig.13 und 14 dargestellt. Die Fig. 18a und 18b zeigen die verschiedenen Kenngrößen für den Modellversuch, bei welchem der Teilstrom Q2 mit Rauch kenntlich gemacht wurde,wogegen die Teilströme Q„, und Q0 ohne Rauch durch die Zuleitungskanäle 2b und 2c geschickt wurden. Mit einer Meßsonde wurde die Rauchkonzentration entlang der Diagonalerys-s in Fig.l8a gemessen, und zwar in der Höhe H,welche dem 2,5fachen Durchmesser des Hauptkanals 1 entspricht.
Die etwa waagerecht verlaufende Kurve des Diagramms in Fig.18 zeigt,daß trotz der exzentrischen Einleitung des Rauches durch den Zuleitungskanal 2a in den Hauptkanal 1 mittels der Einbauelemente 3 eine vollständige Durchmischung der Teilströme Q0 , Q2b und Q2c erzielt wird,wobei die verhältnismäßig stark ausgeprägten Spitzen und Täler der etwa waagerecht verlaufenden Kurve erkennen lassen, daß sich in der Meßebene örtlich Wirbel durch die deltaförmigen Einbauelemente 3 ausgebildet haben. Die S-förm g und diagonal im Diagramm 18 verlaufende Kurve gibt den Zustand ohne Einbauelemente 3 wieder. Es ist zu erkennen,daß in diesem Fall im linken Teil des Hauptkanals 1 eine nahezu 100#ige Rauchkonzentration vorliegt,und zwar noch im Abstand der Höhe H, welche dem 2,5fachen Durchmesser des Hauptkanals 1 entspricht. Die mit den Einbauelementen 3 erzielte Wirkung zur verlustarmen und intensiven Durchmischung der Teilströme Q? , Q-, und Q? läßt sich somit anhand des Diagramms nach FigJ.8 gut demonstrieren.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig.15 verengt sich der Hauptkanal 1 zu einem Abflußkanal la,und zwar stromabwärts hinter dem Anschluß mehrerer Zuleitungskanäle 2,die jeweils einen erheblich kleineren Querschnitt als der Hauptkanals 1 aufweisen. In diesem Fall ist im Bereich jeder gepunktet eingezeichneten Grenzstromfläche jeweils ein Einbauelement 3 angeordnet,so daß Wirbelsysteme entstehen,die in Richtung auf den verengten Abflußkanal la ausgerichtet sind.
Während bei den bisherigen Ausführungsbeispielen die Einbauelemente als deltaförmige Flächen mit Abreißkanten ausgebildet waren, zeigt das Ausführungsbeispiel nach den Fig.16 bis 17 die Verwendung von gekrümmten Flächen zur Erzeugung der Wirbelimpulse, die zu einem sich stromabwärts quer zur Strömungsrichtung ausbreitenden diskreten Wirbelsystem führen. Die Darstellung zeigt einen im Querschnitt kreisförmigen Hauptkanal 1, an den insgesamt sechs Zuleitungskanäle 2 in radialer Richtung sowie rechtwinklig angeschlossen sind. Die Zuleitungskanäle 2 ragen mittels jeweils eines Rohrstutzens 4 in den Hauptkanal 1 hinein. Die gekrümmten Flächen dieser Rohrstutzen 4 dienen zur Erzeugung jeweils eines diskreten Wirbelsystems,das sich stromabwärts ausbreitet und für eine gute Durchmischung, der durch die Zuleitungskanäle 2 eingeführten Teilströme Q„ mit dem Teilstrom Q1 sorgt. Die Rohrstutzen 4 können gemäß den Fig.25 bis 27 einen kreisförmigen,rechteckigen oder dreieckigen Querschnitt aufweisen. Im Querschnitt kreisförmige oder ovale Rohrstutzen 4 werden gemäß Fig.28 zweckmäßigerweise auf ihrer Außenfläche mit vorzugsweise zwei scharfkantigen Leisten 4a versehen,die als Abreißkanten dienen und den Impuls zur Erzeugung des Wirbelsystems vergrößern.
In den Fig.19 bis 22 sind schließlich vier verschiedene Ausführungsformen für das flächige Einbauelement 3 dargestellt.Diese Darstellungen lassen erkennen, daß anstelle der bisher erläuterten deltaförmigen Ausbildung auch eine kreisförmige,ovale, parabelförmige oder rautenförmige Ausbildung des Einbauelementä.
L_JI
-JA-
3 möglich ist. Gemäß Pig.23 kann das Einbauelemet 3 zur Erhöhung seiner Stabilität im Querschnitt V-förmig ausgeführt sein. Weiterhin ist es möglich,das Einbauelement 3 gemäß Fig.24 mit abgewinkelten Kanten 3b zu versehen,welche einerseits die Stabilität erhöhen und andererseits für ausreichend starke Wirbelimpulse sorgen.

Claims (24)

* * β m 4 Patentansprüche:
1. Verfahren zum Mischen mindestens zweier Teilströme mit unterschiedlichen Zustandsgrößen,
dadurch gekennzeichnet, daß im Strömungsquerschnitt mindestens eines Teilstroms mindestens ein Wirbelimpuls erzeugt wird,der sich stromabwärts quer zur Strömungsrichtung zu einem diskreten Wirbelsystem ausbreitet,dessen Komponenten quer zur Strömungshauptrichtung in den Strömungsquerschnitt des anderen Teilstromes übergreifen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirbelimpuls durch mindestens eine gekrümmte Fläche erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß der Wirbelimpuls durch mindestens eine Kante einer Fläche oder eines Körpers erzeugt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet,daß der Wirbelimpuls durch zwei spitzwinklig zueinander verlaufende Abreißkanten eines deltaförmigen Einbauelements erzeugt wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4 mit mindestens einem im Strömungsquerschnitt eines Teilstroms angeordneten Einbauelement, dadurch gekennzeichnet, daß das Einbauelement (3/3a) zur Erzeugung des diskreten Wirbelsystems mindestens eine Strömungsabrißlinie aufweist, die quer zur HauptStrömungsrichtung des jeweiligen Teilstroms ausgerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5 mit einem durchgehenden Hauptkanal ,der zugleich Zuleitungskanal für einen Teilstrom ist, und mit mindestens einem seitlich angeschlossenen Zuleitungskanal,, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Einbauelement (3,3a) im Strömungsquerschnitt mindestens eines Teilstroms (Q.,Q_) innerhalb des Zuleitungskanals (2; 2a,2b,2c) und/oder Hauptkanals (1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Einbauelement (3) im Hauptkanal (1) im Bereich der Mündung des Zuleitungskanals (2) bzw. der Zuleitungskanäle .'ingeordnet ist und sich in den Strömungsquerschnitt sämtlicher Teilströme (Q.,Q„) erstreckt (Fig.l und 2).
8. Vorrichtung nach Anspruch 5,dadurch gekennzeichnet, daß
t jedes Teilstroms (Q?) mindest angeordnet ist (Fig,3 und 4,7).
im Strömungsquerschnitt jedes Teilstroms (Q?) mindestens ein Einbauelement
9. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Srömungsquerschnitt jedes seitlich an den Hauptkanal (1) angeschlossenen Zuleitungskanals (2a,2b) jeweils ein Einbauelement (3) angeordnet ist (Fig.5).
10. Vorrichtung nach Anspruch 5,dadurch gekennzeichnet, daß im Hauptkanal (1) hinter den Mündungen der Zuleitungskanäle (2a,2b,2c) mindestens ein Einbauelement (3) angeordnet ist
(Fig.6 und 8).
11. Vorrichtung nach Anspruch 5 mit parallel zueinander in einem gemeinsamen Hauptkanal mündenden Zuleitungskanälen, dadurch gekennzeichnet,daß jeweils mindestens ein Einbauelement (3) in der Grenzstromfläche zwischen den Strömungsquerschnitten benachbarter Teilströme (Q„ , Q?bj Q2 ) angeordnet ist (Fig. 9 und 10).
:κ:ι
-3-
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungskanäle (2a,2b,2c) nebeneinander liegend im Hauptkanal (1) münden (Fig.9 und 10).
13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,daß die Zuleitungskanäle (2) konzentrisch zueinander verlaufen und mehrere Einbauelemente (3) in der ringförmig geschlossenen Grenzstromfläche gleichmäßig verteilt angeordnet sind (VIjT,ll und 12?).
14. Vorrichtung nach Anspruch 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet,daß im Hauptkanal (1) stromabwärts der in den Grenzstromflächen angeordneten Einbauelemente (3) weitere Einbauelemente (3a) mit entgegengesetzter Anstellrichtung angeordnet sind (Fig. 9 und 10). '
15. Vorrichtung nach Anspruch 5 mit mehreren parallel zueinander in einem gemeinsamen Hauptkanal mündenden Zuleitungskanälen insbesondere Rauchgaszuleitungen zu einem Kamin, dadurch gekennzeichnet,daß im Mündungsbereich jedes Zuleitungskanals (2a,2b,2c) ein Einbauelement (3) angeordnet ist (Fig.13 und 14).
16. Vorrichtung nach Anspruch 5 mit mehreren seitlich in einem Hauptkanal vor einer Verengung mündenden Zuleitungskanälen, dadurch gekennzeichnet,daß jeweils ein Einbauelement (3)
in der Grenzstromfläche der Teilströme (Q2) angeordnet ist (Fig.15).
17. Vorrichtung nach Anspruch 5 mit mehreren seitlich in einem Hauptkanal mündenden Zuleitungskanälen,dadurch gekennzeichnet,daß die Zuleitungskanäle (2) mittels Rohrstutzen (4) in den Hauptkanal (1) hineinragen und die gekrümmten Flächen dieser Rohrstutzen (4) zur Erzeugung jeweils eines diskreten Wirbelsystems ausgebildet sind (Fig.l6 und 17).
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrstutzen (4) einen runden oder eckigen Querschnitt aufweisen (Pig.25 bis 27).
19. Vorrichtung nach Anspruch 17 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrstutzen (4) auf ihrer gekrümmten Fläche mit scharfkantigen Leisten (4a) versehen sind (Fig.28).
20. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Einbauelement (3»3a) als Fläche mit einem·Kantenverlauf .ausgebildet ist, der sowohl eine in Hauptstzömungsrichtung als auch eine quer hierzu verlaufende Komponente aufweist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Einbauelement (3,3a) einen symmetrischen Kantenverlauf mit in Hauptströmungsrichtung verlaufender Symmetrieebene besitzt.
22. Vorrichtung nach Anspruch 20 und 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Einbauelement (3,3a) mit einer kreisförmigen, elliptischen, ovalen, ρarabeiförmigen oder rautenförmigen Grundform ausgebildet ist (Fig. 19 bis 22).
23. Vorrichtung nach Anspruch 20 und 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Einbauelement (3,3a) deltaförmig mit entgegengesetzt zur Hauptströmungsrxchtung weisender Spitze ausgebildet ist.
24. Vorrichtung nach Anspruch 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Einbauelement (3,3a) im Querschnitt profiliert, V-förmig ausgebildet und/oder mit einem abgewinkelten Rand (3b) versehen ist„(Fig.23 und 24).
W/br
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