DE3043239C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Vermischen mindestens zweier fluider Teilströme - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Vermischen mindestens zweier fluider Teilströme

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermischen mindestens zweier fluider Teüströme, z. B. eines Gases mit einem anderen Gas oder einer Flüssigkeit mit einer anderen Flüssigkeit, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 2.
Zum Mischen mehrerer Teüströme mit unterschiedlichen Zustandsgrößen werden in der Praxis entweder mechanisch angetriebene Rührwerke verwendet, wenn es sich bei dem strömenden Medium um Flüssigkeit handelt, oder feststehende Leitflächen, die insbesondere bei gasförmigen Medien eine Ablenkung der Strömung bzw. von Strömungsteilen bewirken, um durch Umlenkung der Strömungsrichtung die Teüströme ineinander überzuführen und hierdurch zu durchmischen. Ein Beispiel für die Strömungsumlenkung zwecks Vermischen
zeigt die DE-OS 26 34 496, bei der in Strömungsrichtung hinter einem Injektor ein Umlenkelement angeordnet ist
Aus der US-PS 36 71 208 sind darüber hinaus ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vermischen zweier fiuider Teilströme bekannt, die einem gemeinsamen Hauptkanal zugeführt und dort vermischt werden, wobei die Vermischung mittels eines Einbauelements erfolgt, durch das ein zur Vermischung dienender Wirbel erzeugt wird. Dieses Einbauelement ist fest in den Hauptkana" eingebaut, in dem Zuleitungskanäle für die Teilströme münden.
Bei der aus der US-PS 36 71 208 bekannten Vorrichtung wird das Einbaudement durch ein Tragflügelprofil gebildet, dessen zwecks Anliegen der Strömung gerundete Vorderkante rechtwinklig zur Strömung verläuft und das flächig an der Wand des Strömungskanals befestigt ist Hierdurch bewirkt das bekannte Einbauelement aufgrund der Druckdifferenz zwischen Ober- und Unterseite des Tragflügelprofils eine Drallströmung im Hauptkanal. Dieser Drall wird benutzt, um den dem Hauptkanal durch einen Zuleitungskanal zugeführten Teilstrom mit dem im Hauptkanal strömenden Medium zu vermischen. Bei der bekannten Vorrichtung bildet sich zwar an der frei im Hauptstrom liegenden Seitenfläche des Tragflügelprofils in bekannter Weise ein Randwirbel aus, der einen Mischeffekt zur Folge hat Dieser Randwirbel verläuft zylinderförmig mit in Strömungsrichtung abnehmendem Durchmesser und ist deshalb äußerst schwach, so daß sein Mischeffekt vernachlässigbar klein ist.
! Auch bei dem Verfahren und der Vorrichtung nach der GB-PS 11 64 448 wird alternativ zu einer Drall erzeugenden tangentialen Zuführung einem als Hauptstrom anzusehenden Gasstrom durch Drallkörper in Form von Prismen ein Drall gegeben, wobei in die Drallströmung ein Festkörperstrom, beispielsweise Kohlestaub, zum Vermischen eingeführt wird.
Schließlich ist es aus der DD-PS 92 295 zum Einmischen eines gasförmigen, flüssigen oder dispersen Stoffes in ein in einem Hauptkanal strömendes Medium bekannt, durch ein quer oder schräg zur Strömungsrichtung im Hauptkanal angeordnetes Saugrohr im Hauptkanal eine Nachlaufströmung zu erzeugen, in die der Stoff durch das Saugrohr hindurch eingeführt wird.
Die bekannten Verfahren und Vorrichtungen besitzen nicht nur den Nachteil eines großen baulichen Aufwandes, sondern bewirken wegen ihres großen Versperrungsgrades und der erzielten Umlenkung bzw. des Dralls der Strömung einen hohen Druckverlust, der beim Betrieb der jeweiligen Anlage infolge des hiermit verbundenen großen Energieverbrauchs erhebliche wirtschaftliche Nachteile zur Folge hat.
Der Erfindung liegt ausgehend von dem aus der US-PS 36 71 208 bekannten Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren nebst zugehöriger Vorrichtung derart weiterzubilden, daß innerhalb eines kurzen Strömungsabschnittes eine verlustarme und wirksame Vermischung erzielt wird, ohne d^ß hierzu ein großer baulicher Aufwand oder ein hoher Energieverbrauch erforderlich ist.
Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß der Wirbel durch eine frei angeströmte Vorderkante des plattenförmigen Einbauelementes erzeugt wird, das unter einem spitzen Winkel zur Strömungsrichtung angeordnet ist, so daß der Wirbel sich in Hauptströmungsrichtung kegelförmig ausbreitet.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird innerhalb eines kürzeren Strömungsweges und bei einem erheblich geringeren Druckverlust eine nahezu vollständige Vermischung der Teilströme erzielt Während eine ausreichend gleichmäßige Vermischung nach den bekannten Verfahren eine Mischstrecke erfordert, deren Länge etwa dem Vierfachen des Durchmessers des Hauptkanals entspricht, erzielt das erfindungsgemäße Verfahren eine erheblich bessere Durchmischung bereits nach etwa der Hälfte der Mischstrecke und mit einem Druckverlust, der bei nur 10 bis 20% des Druckverlustes der bekannten Verfahren liegt Diese erheblichen Vorteile werden im wesentlichen dadurch erzielt daß durch die feststehenden plattenförmigen Einbauelemente mit geringem Versperrungsgrad ein Wirbel erzeugt wird, der durch seine stromabwärts erfolgende, kegelförmige Ausbreitung quer zur Strömungsrichtung eine verlustarme Durchmischung der Teilströme bewirkt, da die quer zur Strömungshauptrichtung verlaufenden Komponenten des Wirbels in den Strömungsquerschnitt des jeweils anderen Teilstromes 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 der Vermischung von Rauchgasen, Abgasen und Schwaden geeignet wobei die Teilströme nicht nur einen unterschiedlichen Aggregatzustand haben können oder verschiedene Medien sein können, sondern auch Teiiströme desselben Mediums, jedoch mit unterschiedlichen Zustandsgrößen, z. B. mit unterschiedlicher Temperatur, Feuchtigkeit, Feststoffgehalt oder Strömungsgeschwindigkeit
Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens benutzt für jeden Teilstrom jeweils einen eigenen Zuleitungskanal, die in einem gemeinsamen Hauptkanal münden. Wird zur Zuleitung eines Teilstroms ein Hauptkanal benutzt, in welchem weitere Zuleitungskanäle münden, können diese in einer gemeinsamen Querschnittsebene, d. h. räumlich gemeinsam, oder einzeln, d. h. räumlich getrennt voneinander an den Hauptkanal angeschlossen sein. Der Querschnitt sowohl der Zuleitungskanäle 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 ist ein Wirbel erzeugendes Einbauelement angeordnet.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des voranstehend geschilderten Verfahrens nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Einbauelement plattenförmig ausgebildet ist, in einem spitzen Winkel zur Strömungsrichtung angeordnet ist und mindestens ei~e frei angeströmte Vorderkante aufweist, die in einem spitzen Winkel zur Strömungsrichtung verläuft, wobei im Falle einer gekrümmten Vorderkante deren Tangenten im spitzen Winkel zur Strömungrichtung verlaufen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung bewirkt nicht nur eine intensive Durchmischung auf kurzer Wegstrecke und mit geringen Druckverlusten, sondern erfordert auch nur einen äußerst geringen baulichen Aufwand, der die Möglichkeit eröffnet, die erfindungsgemäße Vorrichtung auch nachträglich in bereits existierende Kanäle einzubauen. Da die erfindungsgemäßen Einbau-
elemente nicht der Ablenkung oder Umlenkung von die Düsenwirkung der Verengung abgestimmt werden Strömungsteilen dienen, sondern der Erzeugung von kann.
Impulsen zur Wirbelbildung, besitzen sie einen äußerst Vorzugsweise besitzt das Einbauelement einen sym-
geringen Verperrungsgrad und sind gegenüber Ver- metrischen Kantenverlauf mit in Hauptströmungsrichschmutzung unempfindlich. 5 tung verlaufender Symmetrieebene. Das Einbauelement
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfin- kann erfindungsgemäß mit einer kreisförmigen, elliptidung wird der Wirbel durch zwei spitzwinklig zueinan- sehen, ovalen, parabelförmigen oder rautenförmigen der verlaufende Vorderkanten eines deltaförmigen Ein- Grundform ausgebildet sein. Zur Erhöhung der Stabilibauelementes erzeugt. Hierdurch werden zwei sich in tat des Einbauelements kann dieses im Querschnitt pro-Hauptströmungsrichtung kegelförmig ausbreitende io filiert, V-förmig ausgebildet und/oder mit einem abge-Wirbel erzeugt, die gegenläufig zueinander rotieren, so winkelten Rand versehen sein.
daß eine besonders intensive Vermischung erfolgt. Auf der Zeichnung sind verschiedene Ausführungs-
Sofern die Vorrichtung einen durchgehenden Haupt- beispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargekanal, der zugleich Zuleitungskanal für einen Teilstrom stellt, und zwar zeigt.
ist, und mindestens einen seitlich angeschlossenen Zulei- 15 Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausfühtungskanal umfaßt, wird erfindungsgemäß mindestens rungsbeispiel mit einem durchgehenden Hauptkanal ein Einbauelement im Strömungsquerschnitt minde- und einem spitzwinklig angeschlossenen Zuleitungskastens eines Teilstroms innerhalb des Zuleitungskanals nal,
und/oder Hauptkanals angeordnet. Das Einbauelement F i g. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach
kann im Hauptkanal im Bereich der Mündung des Zulei- 20 F i g. 1,
tungskanals bzw. der Zuleitungskanäle angeordnet sein F i g. 3 einen Längsschnitt durch ein zweites und
und sich in den Strömungsquerschnitt sämtlicher Teil- F i g. 4 einen Längsschnitt durch ein drittes Ausfüh-
ströme erstrecken. Alternativ kann im Strömungsquer- rungsbeispiel mit einem durchgehenden Hauptkanal schnitt jedes Teilstroms mindestens ein Einbauelement und einem seitlich spitzwinklig angeschlossenen Zuleiangeordnet sein, insbesondere wenn es sich hierbei um 25 tungskanal,
seitlich an den Hauptkanal angeschlossene Zuleitungs- F i g. 5 einen Längsschnitt einer weiteren Ausfüh-
kanäle handelt. Weiterhin kann im Strömungsquer- rungsform, bei der an einen durchgehenden Hauptkanal schnitt jedes seitlich an den Hauptkanal angeschlosse- zwei seitliche Zuleitungskanäle versetzt zueinander | nen Zuleitungskanals jeweils ein Einbauelement ange- spitzwinklig angeschlossen sind, i
ordnet sein. Schließlich ist es möglich, im Hauptkanal 30 F i g. 6 einen Längsschnitt durch einen Hauptkanal, l hinter den Mündungen der Zuleitungskanäle minde- an den drei Zuleitungskanäle mit unterschiedlichen stens ein Einbauelement anzuordnen, welches durch die Winkeln angeschlossen sind, ;
sich stromabwärts ausbreitenden Wirbel für die Durch- Fig. 7 einen Längsschnitt durch einen Hauptkanal,
mischung der Teilströme sorgt. der sich an zwei symmetrisch unter einem spitzen Win- I ·
Sofern die Vorrichtung parallel zueinander und in ei- 35 kel zusammengeführte Zuleitungskanäle anschließt, '
nem gemeinsamen Hauptkanal mündende Zuleitungs- F i g. 8 eine weitere Ausführungsform im Längs- ■■
kanäle besitzt, wird gemäß der Erfindung jeweils minde- schnitt, bei welcher zwei aufeinanderweisende Zulei- J stens ein Einbauelement in der Grenzstromfläche zwi- tungskanäle in einem rechtwinklig abstehenden Haupt- f sehen den Strömungsquerschnitten benachbarter Teil- kanal münden, :
ströme angeordnet Die Zuleitungskanäle können hier- 40 F i g. 9 einen Längsschnitt durch einen Hauptkanal, %. bei nebeneinanderliegend im Hauptkanal münden oder der mit gleichbleibendem Strömungsquerschnitt aus f konzentrisch zueinander verlaufen, wobei im letzteren drei rechteckigen, mit unterschiedlichem Winkel mün- \ Fall mehrere Einbauelemente in der ringförmig ge- denden Zuleitungskanälen gebildet ist, |
schlossenen Grenzstromfläche gleichmäßig verteilt an- F i g. 10 eine Draufsicht auf den Hauptkanal nach f
geordnet sind. Um die Mischstrecke zu verkürzen, die 45 Fig.9, |
Vermischung zu intensivieren und eventuell uner- F i g. 11 einen Längsschnitt durch einen Hauptkanal, h
wünschten Drall zu verhindern, können gemäß einem der ohne Querschnittsveränderung durch zwei konzen- ί weiteren Merkmal der Erfindung im Hauptkanal strom- trisch zueinander verlaufende Zuleitungskanäle gebil- i, abwärts der in den Grenzstromflächen angeordneten det ist, f
Einbaudemente weitere Einbauelemente mit entgegen- 50 Fig. 12 eine Draufsicht auf den Hauptkanal nach f gesetzter Anstellrichtung angeordnet sein. F i g. 11, t'
Bei Vorrichtungen mit mehreren parallel zueinander Fig. 13 einen Längsschnitt durch den unteren Teil i,
in einem gemeinsamen Hauptkanal mündenden Zulei- eines Hauptkanals mit kreisförmigem Querschnitt, in , tungskanälen, wie insbesondere bei Rauchgaszuleitun- dem drei Zuleitungskanäle mit ebenfalls kreisförmigem f. gen zu einem Kamin, wird erfindungsgemäß im Mün- 55 Querschnitt, jedoch geringerer Querschnittsfläche mün- Γ dungsbereich jedes Zuleitungskanals ein Einbauelement den. |
angeordnet Diese Einbauelemente sorgen durch die Fig. 14 eine Draufsicht auf den Hauptkanal nach :
Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorderkantenwir- Fig. 13,
bei für eine zuverlässige und intensive Durchmischung F i g. 15 einen Hauptkanal mit sich verengendem f
der Rauchgasslröme mit unterschiedlichsten Zustands- 60 Querschnitt und mehreren seitlich angeschlossenen Zu- j größen, insbesondere Schwefelgehalt, und zwar auch leitungskanälen, j
bei wechselnden Mengenverhältnissen zwischen den Fig. 16 ein Schaubild einer Modellmessung der ■'
einzelnen Teilströmen. Rauchkonzentration, gemessen in der Höhe h über die
Sofern mehrere Zuleitungskanäle seitlich an einem Diagonale s-s eines Modells, das in der Draufsicht in sich verengenden Hauptkanal angeschlossen sind, wird 65 F i g. 16a und im Längsschnitt in F i g. 16b dargestellt ist, f mit der Erfindung vorgeschlagen, jeweils ein Einbauele- F i g. 17 -20 Draufsicht auf vier verschiedene Grund- ί
ment in der Grenzstromfläche der Teilströme anzuord- formen eines Einbauelementes und \-
nen, wobei die Ausrichtung der entstehenden Wirbel auf F i g. 21 u. 22 jeweils einen Querschnitt durch ein Ein- !
7 8
bauelement Zuleitungskanals 2 im Hauptkanal 1 angeordnet sein,
Das in den F i g. 1 und 2 dargestellte erste Ausfüh- wie dies mit gestrichelten Linien in F i g. 4 angedeutet
rungsbeispiel zeigt einen im Querschnitt rechteckigen ist. Dieses zusätzliche Einbauelement 3 bewirkt durch
Hauptkanal 1, an den ein Zuleitungskanal 2 unter einem seine zusätzliche Wirbelbildung eine Verkürzung der
Anschlußwinkel β angeschlossen ist. Im Hauptkanal 1 5 Mischstrecke.
strömt der Teilstrom Qi, dem durch den Zuleitungska- Bei der Ausführungsform nach F i g. 5 sind zwei Zu-
nal 2 der Teilstrom Q2 zugeführt wird. leitungskanal 2a, 2b an einen durchgehenden Hauptka-
Im Mündungsbereich des Zuieitungskanals 2 ist ein nal 1 angeschlossen, und zwar unter einem Anschluß-
deltaförmiges Einbauelement 3 angeordnet, welches un- winkel ß\ bzw. ß2 und um den Betrag a in Längsrichtung
ter dem Anstellwinkel κ gegenüber der Strömungsrich- io des Hauptkanals 1 versetzt. Im Mündungsbereich jedes
ttung des Teilstromes Qi angestellt ist und mit seiner Zuleitungskanals 2a, 2b ist ein deltaförmiges Einbauele-
,Spitze entgegengesetzt zur Strömungsrichtung weist. ment 3 angeordnet, welches in der in F i g. 5 eingezeich-
Diese Spitze des Einbauelements 3 besitzt einen Wand- netenWeise Wirbelsysteme erzeugt, die eine intensive
abstand b von der durchgehenden Wand des Hauptka- Einmischung der Teilströme Q23 und Q2J1 in den Teil-
nals 1 und taucht gegenüber der unteren Kante des 15 strom Qi bewirken. Die Einbauelemente 3 ragen teilwei-
einmündenden Zuleitungskanals 2 mit der Eintauchtiefe se in den jeweiligen Zuleitungskanal 2a, 2b hinein, so
Λ in den H auptkanal 1 vor der Mündungsstelle ein. daß die Mischstrecke verkürzt wird.
Die symmetrisch zur Hauptströmungsrichtung ver- Gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel nach F i g. 6 laufenden, frei angeströmten Vorderkanten, die sowohl kann es bei einem räumlich gemeinsamen Anschluß eine in Hauptströmungsrichtung als auch quer hierzu 20 dreier Zuleitungskanäle 2a, 2b, 2can einen Hauptkanal 1 verlaufende Komponente besitzen, erzeugen Wirbel, ausreichend sein, hinter dem Mündungsbereich mehrere die sich stromabwärts im Hauptkanal 1 quer zur Strö- deltaförmige Einbauelemente 3 anzuordnen, die sich mungsrichtung zu einem diskreten Wirbelsystem aus über den gesamten Querschnitt des Hauptkanals 1 erkegelförmigen Wirbeln ausbreiten, wie dies schematisch streckende Wirbelsysteme erzeugen. Beim Ausfühin F i g. 1 angedeutet ist Die Komponenten dieses Wir- 25 rungsbeispiel nach F i g. 6 werden im Hauptkanal 1 die belsystems greifen quer zur Strömungshauptrichtung Teilströme Q23, Q2b und Qjc gemischt, wobei die Zuleides Teilstroms Qi in den Strömungsquerschnitt des Teil- tungskanäle 2a, 2b, 2c mit unterschiedlichen Anschlußstroms Q2 über, so daß eine intensive Durchmischung winkeln an den Hauptkanal 1 angeschlossen sind und der Teilströme Q\ und Q2 nach deren Zusammenführung darüber hinaus unterschiedliche Strömungsquerschnitte erzielt wird. Das deltaförmige Einbauelement 3 bewirkt 30 aufweisen. Die weitere Ausführungsform gemäß F i g. 7 hierbei keine ins Gewicht fallende Umlenkung oder Ab- zeigt wiederum einen Hauptkanal 1, der durch zwei lenkung des Teilstroms Qx, sondern erzielt die Durchmi- spitzwinklig und symmetrisch zusammenstoßende Zuschung durch das voranstehend beschriebene Wirbelsy- leitungskanal 2a und 2b gebildet wird, durch welche die stern, welches verhindert, daß die beiden Teilströme Qi Teilströme Q2S bzw. Q2b dem Hauptkanal 1 zuströmen, und Q2 nebeneinander im oberen Teil des Hauptkanals 1 35 Bei dieser Ausführungsform sind zwei deltaförmige Einströmen, wie dies ohne das Einbauelement 3 der Fall bauelemente 3 im Mündungsbereich der Zuleitungskawäre. Das Einbauelement 3 reicht mit seiner oberen näle 2a und 26 angeordnet, die sich kreuzende Wirbelsy-Kante verhältnismäßig weit an die Mündung des Zulei- sterne kurz hinter dem Mündungsbereich bilden und tungskanals 2 heran, um auch im Teilstrom Q2 Wirbelim- eine intensive Durchmischung der Teilströme Q2S und pulse zu erzeugen und zu verhindern, daß ein Rest des 40 Qu bewirken.
Teilstromes Q2 unvermischt an der Wand des Hauptka- Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 8 zeigt zwei ent-
nals 1 nach oben strömt Die Darstellung zeigt daß eine gegengesetzt zueinander ausgerichtete Zuleitungskanä-
solche Strähne durch das sich stromabwärts ausbreiten- Ie 2a und 2b für die Teilströme Qu und Q2b, die in einen
de Wirbelsystem verhindert wird. rechtwinklig abzweigenden Hauptkanal 1 eintreten. Zur
Beim zweiten Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 ist 45 Durchmischung der Teilströme Q23 und Q2b ist im μ
wiederum ein seitlicher Zuleitungskanal 2 unter dem Hauptkanal 1 ein deltaförmiges Einbauelement 3 ange- |
Anschlußwinkel/?an einen Hauptkanal 1 angeschlossen. ordnet welches mit seinen Kanten Wirbelsysteme er- §
Im vorliegenden Fall befinden sich jedoch zwei deltaför- zeugt die zu einer verlustarmen Durchmischung der
mige Einbauelemente 3 im Hauptkanal 1, die für eine Teilströme Q2, und Q2b führen. |
Wirbelbildung im Hauptkanal 1 sorgen, so daß der aus 50 Das Ausführungsbeispiel nach den F i g. 9 und 10 g
dem Zuleitungskanal 2 zugeführte Teilstrom Q2 intensiv zeigt einen Hauptkanal 1, der durch drei Zuleitungska-
mit dem im unteren Teil des Hauptkanals 1 zugeführten näle 2a, 2b und 2c mit rechteckigem Querschnitt gebil-
Teilstrom Qi vermischt wird. Das untere der beiden Ein- det wird, die parallel zueinander und nebeneinander im
bauelemente 3 erzeugt hierbei im wesentlichen Wirbel Hauptkanal 1 münden, zuvor jedoch aus unterschiedli- |
innerhalb des Teilstroms Qi, wogegen das obere Ein- 55 chen Richtungen zusammengeführt werden. Bei dieser »
bauelement 3 sich ausbreitende Wirbel im wesentlichen Ausführungsform sind mehrere deltaförmige Einbauele-
Im Teilstrom Q2 erzeugt mente 3 in den Grenzstromflächen zwischen benach-
Auch beim dritten Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 harten Teilströmen Q2^ und Q2O bzw. Q2b und Q2C ange- | ist der Zuleitungskanal 2 unter einem spitzen Anschluß- ordnet Dies sind im Längsschnitt die unteren und in der winkel β an den Hauptkanal 1 angeschlossen. ImTeil- 60 Draufsicht die vier mittleren Einbauelemente 3. Um die strom Qi wird wiederum durch ein Einbauelement 3 ein Wirkung dieser Einbauelemente 3 zu unterstützen und Wirbelsystem erzeugt Abweichend vom Ausführungs- die Mischstrecke zu verkürzen, sind beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 wird das Wirbelsystem im Teil- beispiel nach den F i g. 9 und 10 stromabwärts zu den in strom Q2 durch ein Einbauelement 3 erzeugt, das teil- den Grenzstromflächen angeordneten Einbauelemenweise in den Zuleitungskanal 2 hineinragt und entgegen- 65 ten 3 weitere Einbauelemente 3a im Hauptkanal 1 angegesetzt zum oberen Einbauelement 3 gemäß F i g. 3 an- ordnet, die entgegengesetzt zu den unteren Einbauelegestellt ist Bei dieser Ausführungsform kann ein drittes menten 3 zur Strömungsrichtung angestellt sind und die zusätzliches Einbauelement 3 hinter der Mündung des Teilströme Qa, und Q2C einer schnelleren Vermischung
zuführen.
Anstelle der parallel zueinander und nebeneinander im Hauptkanal 1 mündenden Zuleitungskanäle nach den F i g. 9 und 10 kann die Zuführung eines Teilstroms Qi zu einem Teilstrom Q2 gemäß dem Ausführungsbeispiel nach den F i g. 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 F i g. 11 angedeutet, wogegen die rotationssymmetrische Anordnung der Einbauelemente 3 am besten in F i g. 12 zu erkennen ist Das Ausführungsbeispiel nach den F i g. 13 und 14 zeigt einen im Querschnitt kreisförmigen Hauptkäfiäi 1, 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 Hauptkanals 1 ist größer als die Summe der Strömungsquerschnitte der Zuleitungskanäle 2a, 2b, 2c. Um eine intensive Durchmischung der Teilströme Q211, Qb und Q20 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 <?2a,(?2* und (J2C
In F i g. 16 ist anhand eines Diagramms die Rauchkonzentration einer Modellmessung anhand einer Ausführungsform gemäß dem Ausführungsbeispiel nach den F i g. 13 und 14 dargestellt Die F i g. 16a und 16b zeigen die verschiedenen Kenngrößen für den Modellversuch, bei welchem der Teilstrom Q2, mit Rauch kenntlich gemacht wurde, wogegen die Teilströme Qu, und Qic ohne Rauch durch die Zuleitungskanäle 2b und 2c geschickt wurden. Mit einer Meßsonde wurde die Rauchkonzentration entlang der Diagonalen s-s in Fig. 16a 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. 16 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 Q21, Qib und Q2C erzielt wird, wobei die verhältnismäßig stark ausgeprägten Spitzen und Täler der etwa waagerecht verlaufenden Kurve erkennen lassen, daß sich in der Meöebene örtlich Wirbel durch die deltaförmigen Einbauelcrncntc 3 ausgebildet haben. Die S-fönnig und diagonal im Diagramm der F i g. 16 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 Q2,, Q2O und Q2? läßt sich somit anhand des Diagramms nach F i g. 16 gut demonstrieren.
Beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 15 verengt sich der Hauptkanal 1 zu einem Abflußkanal la, und zwar stromabwärts hinter dem Anschluß mehrerer Zuleitungskanäie 2, die jeweils einen erheblich kleineren Querschnitt als der Hauptkanal 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.
In den F i g. 17 bis 20 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 Einbauelements 3 möglich ist Gemäß F i g. 21 kann das Einbauelement 3 zur Erhöhung seiner Stabilität im Querschnitt V-förmig ausgeführt sein. Weiterhin ist es möglich, das Einbauelement 3 gemäß F i g. 22 nut abgewinkelten Kanten 3b zu versehen, welche einerseits die Stabilität erhöhen und andererseits für ausreichend starke Wirbel sorgen.
Hierzu 9 Blatt Zeichnungen

Claims (17)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Vermischen mindestens zweier fluider Teüströme,
z. B. eines Gases mit einem anderen Gas oder einer Flüssigkeit mit einer anderen Flüssigkeit, die einem gemeinsamen Hauptkanal zugeführt und dort vermischt werden, wobei die Vermischung mittels mindestens eines Einbauelementes erfolgt, durch das ein zur Vermischung dienenderWirbel erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirbel durch eine frei angeströmte Vorderkante des plattenförmigen Einbauelementes erzeugt wird, das unter einem spitzen Winkel zur Strömungsrichtung angeordnet ist, so daß der Wirbel sich in Hauptströmungsrichtung kegelförmig ausbreitet
2. Vorrichtung zum Vermischen mindestens zweier fluider Teilströme, z. B. eines Gases mit einem anderen Gas oder einer Flüssigkeit mit einer anderen Flüssigkeit gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1, mit einem gemeinsamen Hauptkanal, mit in den Hauptkanal mündenden Zuleitungskanälen für die Teüströme und mit mindestens einem fest eingebauten Einbauelement in einem der Kanäle, dadurch gekennzeichnet, daß das Einbauelement (3) plattenförmig ausgebildet ist, in einem spitzen Winkel zur Strömungsrichtung angeordnet ist und mindestens eine frei angeströmte Vorderkante aufweist, die in einem spitzen Winkel zur Strömungsrichtung verläuft, wobei im Falle einer gekrümmten Vorderkante deren Tangenten im spitzen Winkel zur Strömungsrichtung verlaufen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirbel durch zwei spitzwinklig zueinander verlaufende Vorderkanten eines deltaförmigen Einbauelementes (3) erzeugt wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 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 Teilstromes (Qu Q) innerhalb des Zuleitungskanals (2; 2a, 2b, 2c) und/oder Hauptkanals (1) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Einbaueiement (3) im Hauptkanal (1) im Bereich der Mündung des Zuleitungskanals (2) bzw. der Zuleitungskanäle angeordnet ist und sich in den Strömungsquerschnitt sämtlicher Teüströme (<?t, Q2) erstreckt (F i g. 1 und 2).
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Strömungsquerschnitt jedes Teilstromes (Qi) mindestens ein Einbauelement (3) angeordnet ist (F i g. 3 und 4,7).
7. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Strömungsquerschnitt jedes seitlich an den Ha"ptkanal (1) angeschlossenen Zuleitungskanals (2a, 2b) jeweils ein Einbauelement (3) angeordnet ist (F i g. 5).
8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Hauptkanal (1) hinter den Mündungen der Zuleitungskanäle (2a, 2b, 2c) mindestens ein Einbauelement (3) angeordnet ist (F i g. 6 und 8).
9. Vorrichtung nach Anspruch 2 mit parallel zueinander in einem gemeinsamen Hauptkanal mündenden Zuleitungskanälen, dadurch gekennzeichnet,
daß jeweils mindestens ein Einbauelement (3) in der Grenzstromfläche zwischen den Strömungsquerschnitten benachbarter Teüströme (Qm, Qib, Qi<) angeordnet ist (F i g. 9 und 10).
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungskanäle (2a, 2b, 2c) nebeneinander liegend im Hauptkanal (1) münden (F ig. 9 und 10).
11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungskanäle (2) konzentrisch zueinander verlaufen und mehrere Einbauelemente (3) in der ringförmig geschlossenen Grenzstromfläche gleichmäßig verteilt angeordnet sind (F ig. 11 und 12).
12. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Hauptkanal (1) stromabwärts der in den Grenzstromflächen angeordneten Einbauelemente (3) weitere Einbauelemente (3a) mit entgegengesetzter Anstellrichtung angeordnet sind (F ig. 9 und 10).
13. Vorrichtung nach Anspruch 2 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 (F i g. 13 und 14).
1Λ. Vorrichtung nach Anspruch 2 mit mehreren seitlich in einem Hauptkanal vor einer Verengung mündenden Zuleitungskanälen, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Einbauelement (3) in der Grenzstromfläche der Teüströme (Qi) angeordnet ist (F ig. 15).
15. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Einbauelement (3, 3a) einen symmetrischen Kantenverlauf mit in Hauptströmungsrichtung verlaufender Symmetrieebene besitzt
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Einbauelement (3,3a) mit einer kreisförmigen, elliptischen, ovalen, parabelförmigen oder rautenförmigen Grundform ausgebildet ist (F ig. 19 bis 22).
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Einbauelement (3, 3a) im Querschnitt profiliert V-förmig ausgebildet und/oder mit einem abgewinkelten Rand (3b) versehen ist (F i g. 23 und 24).
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