EP1382379A2 - Wirbelgenerator mit kontrollierter Nachlaufströmung - Google Patents

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EP1382379A2
EP1382379A2 EP03405505A EP03405505A EP1382379A2 EP 1382379 A2 EP1382379 A2 EP 1382379A2 EP 03405505 A EP03405505 A EP 03405505A EP 03405505 A EP03405505 A EP 03405505A EP 1382379 A2 EP1382379 A2 EP 1382379A2
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EP
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flow
vortex generator
vortex
wake
side surfaces
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EP03405505A
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EP1382379B1 (de
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Peter Dr. Flohr
Ephraim Prof. Dr. Gutmark
Bettina Paikert
Christian Oliver Prof. Dr. Paschereit
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GE Vernova GmbH
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Alstom Schweiz AG
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Publication of EP1382379A3 publication Critical patent/EP1382379A3/de
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    • F05B2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F05B2260/221—Improvement of heat transfer
    • F05B2260/222—Improvement of heat transfer by creating turbulence

Definitions

  • the invention relates to a vortex generator in one of one fluid medium acted upon flow channel and a Process for controlling the wake flow of such Vortex generator.
  • a particular field of application of the invention is the swirling and mixing of fuel / air mixtures in premix burners.
  • Static mixers for shortening the mixing distance of flowing fluid media are known in a variety of designs.
  • a design of such mixers, which allows an intensive mixing of flowing fluid media with a comparatively low pressure drop, is the subject of EP 0 623 786.
  • the static mixers discussed here, hereinafter referred to as vortex generators represent tetrahedron-like bodies which have one of at least one lateral surface the fluid channel acted upon flow channel are arranged. They comprise three freely flowing active surfaces that extend in the direction of flow, a roof surface facing the flow channel and two side surfaces.
  • the side surfaces connected to the wall of the flow duct enclose an arrow angle ⁇ with one another, whereas the roof surface runs at an angle of inclination ⁇ to the duct wall.
  • the size and strength of the wake are functions of the element height h, the element length l, the angle of attack wink and the arrow angle ⁇ . Varying these parameters provides a simple means of aerodynamically stabilizing a flow. With relatively large angles of attack ⁇ and / or arrow angles ⁇ , the vortex strength of the wake vortices increases to such an extent that an area with low flow velocity forms in their core, which under changing flow conditions harbors the risk of a breakdown of the vortex with the formation of a backflow .
  • the design of the vortex generators is therefore always a compromise, on the one hand, to make the vortices so strong that the components involved are mixed as quickly as possible in the wake, but on the other hand not to make the vortices so strong that an area of low flow velocity or is formed at the core even a backflow.
  • the invention has for its object to provide a vortex generator, who avoids the disadvantages mentioned and the Formation of a backflow zone in the core of the wake vortex even under changing flow conditions in the flow channel excludes safely and thus allows use and expand variability of these vortex generators. Furthermore, the invention is based on the object Process for controlling the wake flow of such vortex generators provide.
  • the basic idea of the invention is to increase the axial speed in the vortex core by specifically introducing an axial pulse into the core flow of the wake vortex.
  • this axial impulse is introduced in the immediate area of the core flow by introducing a secondary flow oriented at least approximately in the flow direction.
  • one of the components to be mixed is introduced into the flow channel as a secondary flow. It has proven to be advantageous to introduce the secondary flow into the core flow of the wake vortex via outlet openings on the vortex generator.
  • the outlet openings of the secondary medium are expediently arranged in the region of the side surfaces of the vortex generator or on its downstream edge. According to a particularly favorable embodiment, the outlet opening is arranged half the chord length of the side surface below the trailing edge.
  • the secondary flow can be introduced into the core flow from a single opening on the vortex generator or from a number of outlet openings which are aligned with the vortex core.
  • the cooling bores arranged on or near the vortex generators be used in a targeted manner to introduce an additional axial pulse. This can be achieved by modifying part of the cooling bores in such a way that an increased axial pulse is introduced into the core flow of the wake vortices.
  • the geometry of the outlet openings is configured accordingly, for example with regard to their orientation and / or their throughput.
  • the measures according to the invention are also suitable as a retrofit measure for retrofitting already installed vortex generators according to the prior art by introducing appropriate outlet openings and providing means for supplying a secondary fluid into the hollow interior of the vortex generators.
  • Vortex generators which are already equipped with means for supplying a secondary fluid and with outlet openings for cooling or admixing purposes, can be retrofitted with a modified design of the geometry of the outlet openings (FIGS. 4b; 5b). Since the amount of secondary fluid that can be fed in is variably adjustable, the invention allows to react actively to temporarily or permanently changed flow conditions.
  • the mass flow of the secondary flow is very low. It is between 0.1% and 5%, in particular between 0.5% and 1.5%, based on the total mass flow.
  • FIG. 1 and 2 show in principle the mode of operation of a vortex generator (2) acted upon by a flow (1) according to the prior art.
  • a vortex generator (2) has three freely flowing surfaces in the direction of flow, two side surfaces (3) and (4) and perpendicularly a roof surface (5), the side surfaces (3) and (4) being a right-angled triangle and the roof surface (5) form an isosceles triangle.
  • the side surfaces (3) and (4) are substantially perpendicular to the channel wall (6), without this being a mandatory requirement, and are preferably fixed gas-tight to one of their catheter sides on the channel wall (6).
  • the side surfaces (3) and (4) are dimensioned essentially congruent.
  • the roof surface (5) which assumes an acute angle of attack ⁇ with respect to the channel wall (6), is supported on the hypotenuse sides thereof, which are increasingly moving away from the channel wall (6) in the direction of flow. With a butt edge (8) running transversely to the direction of flow, it abuts the channel wall (6).
  • the flush abutting edges between the two side surfaces (3) and (4) and the roof surface (5) form trailing edges (9) and (10).
  • the axis of symmetry of the vortex generators (2) is aligned parallel to the direction of flow.
  • the vortex generator (2) can also be provided with a bottom surface, with the aid of which it is fixed in a suitable manner on the channel wall (6).
  • Such a floor area is, however, unrelated to the mode of operation of the vortex generator.
  • the mode of operation of the vortex generator (2) is essentially the one set out below.
  • a channel flow (1) flows towards the vortex generator (2) and is deflected by its roof surface (5).
  • Fig.3 represents the basic principle of the highly schematic described solution.
  • Starting from a suitable Place on the vortex generator (2) is in the wake vortex (11) an axial pulse was introduced to influence the core flow.
  • a secondary flow (13) in the An additional impulse is generated near the vortex core, which through the inductive effect of the swirl flow in the area of the vortex core is drawn in.
  • the impulse is directed parallel to the main flow, so the Vortex (11) and the wake flow is accelerated.
  • the Vortex breakdown is delayed and postponed downstream.
  • the vortex generator (2) with at least one Outlet opening (12) for a fluid medium in the area of Side surface (3) equipped.
  • the outlet opening (12) is arranged and aligned in this way, for example in half chord length below the trailing edge (9) that the emerging fluid jet (13) in the core flow of the wake vortex (11) penetrates and the axial speed in reinforced this area.
  • FIG 5 shows an alternative way of introducing a Secondary flow is shown schematically.
  • Fig. 7 it is shown that despite acceleration of the vortex core the vortex strength is not weakened. Im auseke even up to 50% downstream of the vortex generator.
  • the Varinate A represents the reference case of a vortex generator that is so heavily employed that there arises in the wake Area of low flow velocity.
  • the variants B and C give the conditions for a vortex generator according to the invention again, in which a secondary current in half the chord length of one side surface (variant B) or on the downstream abutting edge (variant C) is applied.
  • the vortex generators shown here (2) are arranged symmetrically and parallel to the direction of flow. Swirl-like vortices (11) are thus generated. Regardless of this, it is of course also within the framework the invention to design the vortex generators (2) asymmetrically, for example in the form of a half vortex generator, in which only one of the two side surfaces (3) or (4) fixed with an arrow angle ⁇ / 2 on the channel wall (6) whereas the other side surface (3) or (4) is parallel is aligned to the direction of flow. In contrast to the symmetrical Vortex generator (2) is used instead of one Pair of opposite vertebrae (11) only one trailing vertebra (11) generated on the arrowed side. As a result, the main flow (1) a spin imposed.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wirbelgenerator in einem von einem fluiden Medium beaufschlagten Strömungskanal sowie ein Verfahren zur Kontrolle der Nachlaufströmung eines solchen Wirbelgenerators.
Die Aufgabe, die Bildung einer Rückströmzone im Kern des Nachlaufwirbels (11) auch unter wechselnden Strömungsbedingungen sicher zu vermeiden, wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass in die Kernströmung des Nachlaufwirbels (11) gezielt ein Axialimpuls eingebracht wird. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zu diesem Zweck über Austrittsöffnungen (12) am Wirbelgenerator (2) eine Sekundärströmung wenigstens annähernd in Richtung der Hauptströmung in die Kernströmung des Nachlaufwirbels (11) eingebracht.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft einen Wirbelgenerator in einem von einem fluiden Medium beaufschlagten Strömungskanal sowie ein Verfahren zur Kontrolle der Nachlaufströmung eines solchen Wirbelgenerators. Ein besonderes Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Verwirbelung und Durchmischung von Brennstoff/Luft-Gemischen in Vormischbrennern.
STAND DER TECHNIK
Statische Mischer zur Verkürzung der Mischstrecke strömender fluider Medien sind in vielfältiger Gestaltung bekannt.
Eine Gestaltungsform derartiger Mischer, die eine intensive Vermischung strömender fluider Medien bei vergleichsweise geringem Druckverlust erlaubt, ist Gegenstand von EP 0 623 786. Die an dieser Stelle diskutierten statischen Mischer, nachfolgend Wirbelgeneratoren genannt, stellen tetraederähnliche Körper dar, welche an mindestens einer Mantelfläche eines von dem fluiden Medium beaufschlagten Strömungskanals angeordnet sind. Sie umfassen drei frei umströmte, sich in Strömungsrichtung erstreckende Wirkflächen, eine in den Strömungskanal weisende Dachfläche und zwei Seitenflächen. Die mit der Wand des Strömungskanals verbundenen Seitenflächen schliessen untereinander einen Pfeilwinkel α ein, wohingegen die Dachfläche unter einem Anstellwinkel  zur Kanalwand verläuft.
Durch die Erzeugung von Längswirbeln ohne Rezirkulationsgebiet wird bereits nach einer äusserst kurzen Mischstrecke von einer Wirbelumdrehung eine Grobdurchmischung erzielt, während nach einer Strecke von wenigen Kanalhöhen infolge der turbulenten Strömung eine Feinmischung vorliegt.
Diese Wirbelgeneratoren zeichnen sich durch eine besondere Einfachheit sowohl im Hinblick auf ihre Herstellung wie auch ihre technische Wirksamkeit aus. Die Fertigung und Zusammenfügung der drei Wirkflächen sowie die Verbindung mit einer ebenen oder gekrümmten Kanalwand kann ohne weiteres durch einfache Fügemethoden, in aller Regel Schweissen, erfolgen. Vom strömungstechnischen Standpunkt her weisen diese Generatoren einen sehr geringen Druckverlust auf und erzeugen bei entsprechender Auslegung Nachlaufwirbel ohne Totwassergebiet. Grösse und Stärke der Nachlaufwirbel sind Funktionen der Elementhöhe h, der Elementlänge l, des Anstellwinkels  sowie des Pfeilwinkels α.
Durch Variation dieser Parameter ist damit ein einfaches Mittel zur aerodynamischen Stabilisierung einer Strömung an die Hand gegeben.
Bei relativ grossen Anstellwinkeln  und/oder Pfeilwinkeln α steigt die Wirbelstärke der Nachlaufwirbel in einem solchen Masse an, dass sich in deren Kern ein Gebiet mit niedriger Strömungsgeschwindigkeit ausbildet, welches unter wechselnden Strömungsbedingungen die Gefahr eines Zusammenbruchs des Wirbels unter Ausbildung einer Rückströmung in sich birgt. Die Auslegung der Wirbelgeneratoren stellt daher stets einen Kompromiss dar, einerseits die Wirbel so stark auszubilden, dass in möglichst kurzem Nachlauf eine maximale Durchmischung der beteiligten Komponenten erfolgt, andererseits aber wiederum die Wirbel nicht so stark auszubilden, dass sich im Kern ein Gebiet niedriger Strömungsgeschwindigkeit oder sogar eine Rückströmung ausprägt.
Da es sich bei der Einbindung dieser Wirbelgeneratoren in den Strömungsweg um apparative Massnahmen handelt, sind diese, einmal installiert, unveränderlich. Das heisst, eine aktive Einflussnahme auf dauerhaft oder vorübergehend veränderte Strömungsbedingungen ist nicht ohne weiteres möglich.
Gerade bei einem Einsatz dieser Wirbelgeneratoren in modernen Gasturbinenanlagen zur Durchmischung und Verwirbelung eines Brennstoff-/Luftgemisches kann dieses Verhalten negative Auswirkungen auf die Flammenstabilität haben und zu einer unerwünschten Verschiebung der Flammenlage führen.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
In Weiterentwicklung des genannten Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Wirbelgenerator bereitzustellen, der die genannten Nachteile vermeidet und die Ausbildung einer Rückströmzone im Kern des Nachlaufwirbels auch unter wechselnden Strömungsverhältnissen im Strömungskanal sicher ausschliesst und es damit gestattet, Einsatzbereich und Variabilität dieser Wirbelgeneratoren zu erweitern. Des weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Kontrolle der Nachlaufströmung solcher Wirbelgeneratoren bereitzustellen.
Erfindungsgemäss werden diese Aufgaben durch einen Wirbelgenerator sowie ein Verfahren gemäss der in den unabhängigen Ansprüchen genannten Art gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen des Wirbelgenerators und des Verfahrens geben die abhängigen Ansprüche wieder.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, durch gezieltes Einbringen eines Axialimpulses in die Kernströmung des Nachlaufwirbels die Axialgeschwindigkeit im Wirbelkern zu erhöhen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird dieser Axialimpuls mittels Einleitung einer zumindest annähernd in Strömungsrichtung ausgerichteten Sekundärströmung im unmittelbaren Bereich der Kernströmung eingebracht.
In vorzugsweiser Ausgestaltung wird eine der zu mischenden Komponenten als Sekundärströmung in den Strömungskanal eingeleitet.
Als vorteilhaft hat es sich dabei erwiesen, die Sekundärströmung über Austrittsöffnungen am Wirbelgenerator in die Kernströmung des Nachlaufwirbels einzuleiten. In zweckmässiger Weise werden die Austrittsöffnungen des Sekundärmediums im Bereich der Seitenflächen des Wirbelgenerators oder an dessen stromabwärtiger Kante angeordnet.
Nach einer besonders günstigen Ausführungsart ist die Austrittsöffnung in halber Sehnenlänge der Seitenfläche unterhalb der Abströmkante angeordnet.
Dabei kann die Sekundärströmung aus einer Einzelöffnung am Wirbelgenerator in die Kernströmung eingeleitet werden oder aus einer Anzahl von Austrittsöffnungen, welche auf den Wirbelkern ausgerichtet sind.
Nach einer zweckmässigen Ergänzung der Erfindung wird ferner vorgeschlagen, die an oder nahe den Wirbelgeneratoren angeordneten Kühlbohrungen gezielt zur Einbringung eines zusätzlichen Axialimpulses heranzuziehen. Dies kann dadurch erreicht werden, dass ein Teil der Kühlbohrungen derart modifiziert wird, dass ein erhöhter Axialimpuls in die Kernströmung der Nachlaufwirbel eingebracht wird. Zu diesem Zweck werden die Austrittsöffnungen in ihrer Geometrie entsprechend konfiguriert, beispielsweise hinsichtlich ihrer Ausrichtung und/oder ihres Durchsatzes.
Die erfindungsgemässen Massnahmen eignen sich ohne weiteres auch als Retrofit-Massnahme zum Nachrüsten bereits installierter Wirbelgeneratoren nach dem Stand der Technik, indem entsprechende Austrittsöffnungen eingebracht sowie Mittel zur Zufuhr eines Sekundärfluids in den hohlen Innenraum der Wirbelgeneratoren vorgesehen werden. Wirbelgeneratoren, die zu Kühl- oder Zumischzwecken bereits mit Mitteln zur Zuleitung eines Sekundärfluids sowie mit Austrittsöffnungen ausgerüstet sind, können durch eine modifizierte Gestaltung der Geometrie der Austrittsöffnungen nachgerüstet werden (Fig.4b; 5b). Indem die Menge an einspeisbarem Sekundärfluid variabel einstellbar ist, erlaubt es die Erfindung, aktiv auf vorübergehend oder dauerhaft veränderte Strömungsverhältnisse zu reagieren.
Der Massenstrom der Sekundärströmung ist dabei sehr gering. Er liegt in einer Grössenordnung zwischen 0,1% und 5%, insbesondere zwischen 0,5% und 1,5%, bezogen auf den Gesamtmassenstrom.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung seien nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert. Es werden nur die für die Erfindung wesentlichen Elemente dargestellt. Gleiche oder einander entsprechende Elemente figurieren unter demselben Bezugszeichen.
Hierbei zeigen
Fig.1
Wirbelgenerator nach dem Stand der Technik
Fig.2
Geschwindigkeitsfeld (normierte axiale Geschwindigkeit) einer Kanalströmung im Nachlauf eines Wirbelgenerators nach dem Stand der Technik
Fig.3
Prinzipskizze der Wirkungsweise der Erfindung
Fig.4a,b
eine erste Ausführungsvariante eines erfindungsgemässen Wirbelgenerators
Fig.5a,b
eine weitere Ausführungsvariante eins erfindungsgemässen Wirbelgenerators
Fig.6
Geschwindigkeitsfeld (normierte axiale Geschwindigkeit) einer Kanalströmung im Nachlauf eines Wirbelgenerators nach der Erfindung
Fig.7
Massengemittelte Wirbelstärke stromab des Wirbelgenerators
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Die Fig.1 und 2 geben in prinzipieller Weise die Wirkungsweise eines von einer Strömung (1) beaufschlagten Wirbelgenerators (2) nach dem Stand der Technik wieder.
Ein solcher Wirbelgenerator (2) besitzt drei frei umströmte, in Strömungsrichtung verlaufende Flächen, zwei Seitenflächen (3) und (4) sowie dazu senkrecht eine Dachfläche (5), wobei die Seitenflächen (3) und (4) ein rechtwinkliges Dreieck und die Dachfläche (5) ein gleichschenkliges Dreieck bilden. Die Seitenflächen (3) und (4) stehen im wesentlichen senkrecht zur Kanalwand (6), ohne dass dies eine zwingende Voraussetzung darstellt, und sind mit einer ihrer Kathetenseiten an der Kanalwand (6) vorzugsweise gasdicht fixiert. Sie sind so orientiert, dass sie mit den zweiten Kathetenseiten an einer Stosskante (7) unter Einschluss eines vorzugsweise spitzen Pfeilwinkels α zusammentreffen, welche Stosskante (7) gleichzeitig das stromabwärtige Ende des Wirbelgenerators (2) darstellt und senkrecht zur Kanalwand (6) ausgerichtet ist. Die Seitenflächen (3) und (4) sind im wesentlichen deckungsgleich dimensioniert. Auf deren Hypotenusenseiten, die sich in Strömungsrichtung zunehmend von der Kanalwand (6) entfernen, stützt sich die Dachfläche (5) ab, welche gegenüber der Kanalwand (6) einen spitzen Anstellwinkel  einnimmt. Mit einer quer zur Strömungsrichtung verlaufenden Stosskante (8) liegt sie an der Kanalwandung (6) an. Die bündigen Stosskanten zwischen den beiden Seitenflächen (3) und (4) und der Dachfläche (5) bilden Abströmkanten (9) und (10).
Die Symmetrieachse der Wirbelgeneratoren (2) ist parallel zur Strömungsrichtung ausgerichtet.
Selbstverständlich kann der Wirbelgenerator (2) auch mit einer Bodenfläche versehen sein, mit deren Hilfe er auf geeignete Weise an der Kanalwand (6) fixiert ist. Eine derartige Bodenfläche steht indes in keinem Zusammenhang mit der Wirkungsweise des Wirbelgenerators.
Die Wirkungsweise des Wirbelgenerators (2) ist im wesentlichen die nachfolgend dargelegte. Eine Kanalströmung (1) strömt den Wirbelgenerator (2) an und wird durch dessen Dachfläche (5) abgelenkt. Durch die plötzliche Querschnittserweiterung beim Überströmen der Abströmkanten (9) und (10) bildet sich ein Paar gegenläufiger Nachlaufwirbel (11) aus, deren Achsen in der Achse der Hauptströmung liegen. Wirbelstärke und Drallzahl werden massgeblich von dem Anstellwinkel  und dem Pfeilwinkel α bestimmt. Mit steigenden Winkeln werden Wirbelstärke und Drallzahl erhöht und im Kern der Nachlaufwirbel bildet sich unmittelbar hinter dem Wirbelgenerator (2) zunehmend ein Gebiet niedrigerer Axialgeschwindigkeit (dunkle Flächen in Fig.2), das bis zu einem "vortex breakdown" führen kann.
Fig.3 stellt stark schematisiert das grundlegende Prinzip der beschriebenen Lösung dar. Ausgehend von einer geeigneten Stelle am Wirbelgenerator (2) wird in den Nachlaufwirbel (11) ein Axialimpuls zur Beeinflussung der Kernströmung eingebracht. Dabei wird durch eine Sekundärströmung (13) in der Nähe des Wirbelkerns ein zusätzlicher Impuls generiert, welcher durch die induktive Wirkung der Drallströmung in den Bereich des Wirbelkerns eingezogen wird. Richtet sich der Impuls parallel zur Hauptströmung, so stabilisiert sich der Wirbel (11) und die Nachlaufströmung wird beschleunigt. Der Vortex-Breakdown verzögert sich und wird stromabwärts verschoben.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform gemäss Fig. 4 ist zu diesem Zweck der Wirbelgenerator (2) mit mindestens einer Austrittsöffnung (12) für ein fluides Medium im Bereich der Seitenfläche (3) ausgerüstet. Die Austrittsöffnung (12) ist dabei derart angeordnet und ausgerichtet, beispielsweise in halber Sehnenlänge unterhalb der Abströmkante (9), dass der austretende Fluidstrahl (13) in die Kernströmung des Nachlaufwirbels (11) eindringt und die Axialgeschwindigkeit in diesem Bereich verstärkt. Durch Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit im Kernbereich des Nachlaufwirbels (11) wird der Ort des Wirbelaufplatzens stromabwärts verschoben.
In Fig.5 ist eine alternative Möglichkeit zur Einbringung einer Sekundärströmung schematisch wiedergegeben. Danach ist die mindestens eine Austrittsöffnung (12) zur Einbringung der Sekundärströmung im Bereich der stromabwärtigen Stosskante (7) des Wirbelgenerators (2) angeordnet. Hierbei kann es sich um eine kreisförmige Austrittsöffnung (12) in halber Höhe des Wirbelerzeugers (2) handeln, eine Anzahl solcher Öffnungen in diesem Bereich oder eine schlitzförmige Austrittsöffnung (12).
Wie aus Fig.6 zu erkennen ist, ist die Folge der gezielten Eindüsung eines Sekundärfluids in die Wirbelkernströmung ein deutlich ausgeglicheneres Geschwindigkeitsfeld im Nachlauf des Wirbelgenerators (2).
In Fig.7 ist dargestellt, dass trotz Beschleunigung des Wirbelkerns die Wirbelstärke nicht geschwächt wird. Im ausgeke stromab des Wirbelgenerators sogar um bis zu 50%. Die Varinate A stellt dabei den Referenzfall eines Wirbelgenerators dar, der so stark angestellt ist, dass sich im Nachlauf ein Gebiet niedriger Strömungsgeschwindigkeit ausbildet. Die Varianten B und C geben die Verhältnisse bei einem Wirbelgenerator gemäss der Erfindung wieder, bei dem ein Sekundärstrom in halber Sehnenlänge einer Seitenfläche (Variante B) oder an der stromabwärtigen Stosskante (Variante C) aufgebracht wird.
Es ist vorteilhaft, die hier dargestellten Wirbelgeneratoren (2) symmetrisch und parallel zur Strömungsrichtung anzuordnen. Damit werden drallgleiche Wirbel (11) erzeugt. Ungeachtet dessen liegt es selbstverständlich auch im Rahmen der Erfindung, die Wirbelgeneratoren (2) asymmetrisch zu gestalten, beispielsweise in Form eines halben Wirbelgenerators, bei welchem nur eine der beiden Seitenflächen (3) oder (4) mit einem Pfeilwinkel α/2 an der Kanalwand (6) fixiert ist, wohingegen die andere Seitenfläche (3) oder (4) parallel zur Strömungsrichtung ausgerichtet ist. Im Gegensatz zum symmetrischen Wirbelgenerator (2) wird hierbei anstelle eines Paares gegenäufiger Wirbel (11) nur ein Nachlaufwirbel (11) an der gepfeilten Seite erzeugt. Im Ergebnis wird der Hauptströmung (1) ein Drall aufgezwungen.
BEZUGSZEICHENLISTE
1
Hauptströmung
2
Wirbelgenerator
3
Seitenfläche
4
Seitenfläche
5
Dachfläche
6
Kanalwand
7
Stosskante
8
Stosskante
9
Abströmkante
10
Abströmkante
11
Nachlaufwirbel
12
Austrittsöffnung
13
Sekundärströmung

Claims (15)

  1. Wirbelgenerator in einem von einem fluiden Medium beaufschlagten Strömungskanal, welcher Wirbelgenerator (2) frei umströmte, sich in Richtung der Hauptströmung (1) erstreckende Flächen aufweist, von denen wenigstens zwei Flächen sich auf der Kanalwand (6) abstützende Seitenflächen (3) und (4) bilden, welche Seitenflächen (3) und (4) sich in Strömungsrichtung annähern und unter einem spitzen Winkel α in einer gemeinsamen Kante (7), welche die stromabwärtige Kante (7) des Wirbelgenerators (2) bildet, zusammentreffen und von denen wenigstens eine Fläche eine Dachfläche (5) bildet, welche sich in Strömungsrichtung in einem spitzen Winkel  von der Kanalwand (6) entfernt und mit den Seitenflächen (3) und (4) Abströmkanten (9) und (10) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass der Wirbelgenerator (2) wenigstens eine Austrittsöffnung (12) für eine gezielte Einbringung einer Sekundärströmung (13) in die Kernströmung des sich ausbildenden Nachlaufwirbels (11) aufweist.
  2. Wirbelgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Austrittsöffnung (12) im Bereich der Seitenflächen (3) bzw. (4) angeordnet ist.
  3. Wirbelgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung (12) in halber Sehnenlänge unmittelbar unterhalb der Abströmkante (9) bzw. (10) angeordnet ist.
  4. Wirbelgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Seitenfläche (3) oder (4) mit einer Mehrzahl von Austrittsöffnungen (12) unterschiedlicher geometrischer Konfiguration ausgerüstet ist, beispielsweise hinsichtlich Ausrichtung und/oder Durchsatz.
  5. Wirbelgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Austrittsöffnung (12) an der stromabwärtige Kante (7) des Wirbelgenerators (2) angeordnet ist.
  6. Wirbelgenerator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die stromabwärtige Kante (7) eine Mehrzahl von Austrittsöffnungen (12) aufweist.
  7. Wirbelgenerator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die stromabwärtige Kante (7) eine Mehrzahl von Austrittsöffnungen unterschiedlicher geometrischer Konfiguration aufweist.
  8. Wirbelgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Austrittsöffnung (12) mit einem kreisförmigen Querschnitt ausgebildet ist.
  9. Wirbelgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Austrittsöffnung (12) schlitzförmig ausgebildet ist.
  10. Verfahren zur Kontrolle der Nachlaufströmung eines Wirbelgenerators in einem von einem fluiden Medium beaufschlagten Strömungskanal, welcher Wirbelgenerator im wesentlichen drei frei umströmte, sich in Strömungsrichtung erstreckende Flächen umfasst, von denen wenigstens zwei Flächen sich auf der Kanalwand abstützende Seitenflächen (3;4) bilden, welche sich in Strömungsrichtung annähern und unter einem spitzen Winkel α in einer gemeinsamen Kante (7) zusammentreffen und von denen wenigstens eine Fläche eine Dachfläche (5) bildet, die sich in Strömungsrichtung in einem spitzen Winkel  von der Kanalwand entfernt und mit den Seitenflächen (3;4) Abströmkanten (9;10) bildet, wobei das strömende Fluid stromab der Abströmkanten (9;10) ein Paar gegenläufiger Wirbel (11) ausbildet, deren Wirbelachsen in der Achse der Hauptströmung (1) liegen, dadurch gekennzeichnet, dass in den Bereich der Kernströmung der sich ausbildenden Nachlaufwirbel (11) ein Axialimpuls wenigstens annähernd in Richtung der Hauptströmung (1) eingebracht wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sekundärströmung (13) gezielt in die Kernströmung des Nachlaufwirbels (11) eingebracht wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass über Austrittsöffnungen (12) am Wirbelgenerator (2) ein Sekundärfluid in die Wirbelkernströmung eingebracht wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchsatz des Sekundärmediums (13) variabel einstellbar ist.
  14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Sekundärfluid eine in die Hauptströmung (1) einzumischende Komponente ist.
  15. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Massenanteil der Sekundärströmung (13) gegenüber der Hauptströmung (1) 0,1% bis 5%, vorzugsweise 0,5% bis 1,5% beträgt.
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