EP1382379B1 - Verfahren zur Kontrolle der Nachlaufströmung eines Wirbelgenerators - Google Patents

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EP1382379B1
EP1382379B1 EP03405505A EP03405505A EP1382379B1 EP 1382379 B1 EP1382379 B1 EP 1382379B1 EP 03405505 A EP03405505 A EP 03405505A EP 03405505 A EP03405505 A EP 03405505A EP 1382379 B1 EP1382379 B1 EP 1382379B1
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EP
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flow
vortex
vortex generator
wake
core
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EP03405505A
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EP1382379A3 (de
EP1382379A2 (de
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Peter Dr. Flohr
Ephraim Prof. Dr. Gutmark
Bettina Paikert
Christian Oliver Prof. Dr. Paschereit
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General Electric Technology GmbH
Original Assignee
Alstom Technology AG
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Publication date
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Publication of EP1382379A3 publication Critical patent/EP1382379A3/de
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    • F15D—FLUID DYNAMICS, i.e. METHODS OR MEANS FOR INFLUENCING THE FLOW OF GASES OR LIQUIDS
    • F15D1/00—Influencing flow of fluids
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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 a fluid channel acted upon by a fluid medium and to a method for controlling the wake flow of such a vortex generator.
  • a particular field of application of the invention is the turbulence and mixing of fuel / air mixtures in premix burners.
  • Static mixers for shortening the mixing section of flowing fluid media are known in a variety of designs.
  • a design of such mixers, which permits intensive mixing of flowing fluid media with comparatively low pressure loss, is the subject of EP 0 623 786 or of CH-A-688 868.
  • the static mixers discussed in these documents, hereinafter called vortex generators represent tetrahedron-like bodies which on at least one lateral surface of one of the fluid medium acted upon flow channel are arranged. They comprise three freely flowing, in the flow direction extending active surfaces, a pointing into the flow channel roof surface and two side surfaces. The side surfaces connected to the wall of the flow channel enclose with one another a sweep angle ⁇ , whereas the roof surface extends at an angle of incidence ⁇ to the channel wall.
  • Size and strength of the trailing vortices are functions of the element height h, the element length l, the angle of attack ⁇ and the arrow angle ⁇ . By varying these parameters, this provides a simple means of aerodynamically stabilizing a flow at hand. At relatively large angles of incidence ⁇ and / or arrow angles ⁇ , the vorticity of the trailing vortices increases to such an extent that an area of low flow velocity is formed in the core of which, under varying flow conditions, entails the risk of a collapse of the vortex to form a backflow ,
  • the design of the vortex generators is therefore always a compromise, on the one hand to form the vortex so that in the shortest possible maximum mixing of the components involved, but on the other hand turn the vortex not so strong form that in the core area of low flow velocity or even a return flow. Since the incorporation of these vortex generators into the flow path is an instrumental measure, once installed, these are invariable. This means that an active influence on permanently or temporarily changed flow conditions is not readily possible. Especially when using these vortex generators in modern gas turbine plants for mixing and turbulence of a fuel / air mixture, this behavior can have negative effects on the flame stability and lead to an undesirable shift in the flame position.
  • the invention has for its object to avoid the disadvantages mentioned and safely exclude the formation of a sudströmzone in the core of the wake, even under changing flow conditions in the flow channel and expand the scope and variability of these vortex generators. Furthermore, the invention has for its object to provide a method for controlling the wake flow of such vortex generators.
  • the basic idea of the invention is to increase the axial velocity in the vortex core by deliberately introducing an axial impulse into the core flow of the wake vortex.
  • this axial pulse is introduced by introducing an at least approximately aligned in the flow direction secondary flow in the immediate region of the core flow.
  • one of the components to be mixed is introduced as secondary flow into the flow channel. It has proved to be advantageous in this case to introduce the secondary flow via outlet openings on the vortex generator into the core flow of the wake vortex.
  • the outlet openings of the secondary medium in the region of the side surfaces of the vortex generator or at the downstream edge are arranged.
  • the outlet opening is arranged in half chord length of the side surface below the trailing edge.
  • the secondary flow can be introduced from a single opening on the vortex generator in the core flow or from a number of outlet openings, which are aligned with the vortex core.
  • the cooling bores arranged at or near the vortex generators in a targeted manner for introducing an additional axial momentum. This can be achieved be such that a part of the cooling holes is modified so that an increased axial momentum is introduced into the core flow of the trailing vortices.
  • the outlet openings are configured according to their geometry, for example with regard to their orientation and / or their throughput.
  • the inventive measures are readily suitable as a retrofit measure for retrofitting already installed vortex generators according to the prior art by introducing appropriate outlet openings and means are provided for supplying a secondary fluid in the hollow interior of the vortex generators.
  • Vortex generators which are already equipped for cooling or admixing purposes with means for supplying a secondary fluid and with outlet openings, can be retrofitted by a modified design of the geometry of the outlet openings (Fig.4b, 5b).
  • 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 in the range between 0.1% and 5%, in particular between 0.5% and 1.5%, based on the total mass flow.
  • FIGS. 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, in the flow direction surfaces, two side surfaces (3) and (4) and perpendicular to a roof surface (5), wherein the side surfaces (3) and (4) has a right 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 with one of its sides Kathetencount to the channel wall (6).
  • the symmetry axis of the vortex generators (2) is aligned parallel to the flow direction.
  • the vortex generator (2) may also be provided with a bottom surface by means of which it is fixed in a suitable manner to the channel wall (6).
  • a floor surface is not related to the operation of the vortex generator.
  • the operation of the vortex generator (2) is substantially as set forth below.
  • a channel flow (1) flows to the vortex generator (2) and is deflected by the roof surface (5). Due to the sudden cross-sectional widening when overflowing the trailing edges (9) and (10) forms a pair of counter-rotating trailing vortices (11) whose axes are in the axis of the main flow.
  • Vorticity and swirl number are significantly determined by the angle of attack ⁇ and the arrow angle ⁇ . With increasing angles, the vorticity and swirl number are increased and in the core of the trailing vortices an area of lower axial velocity forms immediately behind the vortex generator (2) (dark areas in Figure 2), which can lead to a "vortex breakdown".
  • FIG. 3 illustrates in a highly schematic way the basic principle of the solution described.
  • an axial pulse for influencing the core flow is introduced into the trailing vortex (11).
  • an additional pulse is generated by a secondary flow (13) in the vicinity of the vortex core, which is drawn by the inductive effect of the swirl flow in the region of the vortex core.
  • the vortex (11) stabilizes and the wake flow is accelerated.
  • the vortex breakdown slows down and shifts downstream.
  • the vortex generator (2) is equipped with at least one outlet opening (12) for a fluid medium in the area of the side face (3).
  • the outlet opening (12) is arranged and aligned, for example at half chord length below the outflow edge (9), so that the exiting fluid jet (13) penetrates into the core flow of the wake vortex (11) and reinforces the axial velocity in this area.
  • the location of vortex breakdown is shifted downstream.
  • FIG 5 an alternative possibility for introducing a secondary flow is shown schematically. Thereafter, the at least one outlet opening (12) for introducing the secondary flow in the region of the downstream butt edge (7) of the vortex generator (2) is arranged. This may be a circular outlet opening (12) at half the height of the vortex generator (2), a number of such Openings in this area or a slot-shaped outlet opening (12).
  • FIG. 7 shows that, despite acceleration of the vortex core, the vortex strength is not weakened.
  • the mass-average vorticity strength downstream of the vortex generator actually increases by up to 50%.
  • the Varinate A represents the reference case of a vortex generator, which is set so strong that forms an area of low flow velocity in the wake.
  • Variations B and C represent the conditions in a vortex generator according to the invention, in which a secondary current in half chord length of a side surface (variant B) or at the downstream butt edge (variant C) is applied.
  • the vortex generators (2) shown here symmetrically and parallel to the flow direction.
  • This spin-like vortex (11) are generated.
  • the vortex generator (2) instead of a pair of opposing vortices (11), only one trailing vortex is used (11) generated on the swept side. As a result, the main flow (1) is forced to spin.

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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 oder von CH-A-688 868. Die in diesen Druckschriften 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 θ 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 θ 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 θ 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, die genannten Nachteile zu vermeiden und die Ausbildung einer Rückströmzone im Kern des Nachlaufwirbels auch unter wechselnden Strömungsverhältnissen im Strömungskanal sicher auszuschliessen und die 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 ein Verfahren gemäss Anspruch 1 gelöst.
    Vorteilhafte Ausführungsformen 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 dekkungsgleich 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 θ 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 θ 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 ausgeführten Beispiel erhöht sich die massengemittelte Wirbelstärke 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 (6)

  1. 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 θ 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 in Richtung der Hauptströmung (1) eingebracht wird, indem eine Sekundärströmung (13) gezielt in die Kernströmung des Nachlaufwirbels (11) eingebracht wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über Austrittsöffnungen (12) am Wirbelgenerator (2) ein Sekundärfluid in die Wirbelkernströmung eingebracht wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchsatz des Sekundärmediums (13) variabel einstellbar ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sekundärfluid eine in die Hauptströmung (1) einzumischende Komponente ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Massenanteil der Sekundärströmung (13) gegenüber der Hauptströmung (1) 0,1% bis 5%, beträgt.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Massenanteil der Sekundärströmung (13) gegenüber der Hauptströmung (1) 0,5% bis 1,5% beträgt.
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