JP2678466B2 - Housing device for diffuser and catalytic converter - Google Patents

Housing device for diffuser and catalytic converter

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JP2678466B2
JP2678466B2 JP63164069A JP16406988A JP2678466B2 JP 2678466 B2 JP2678466 B2 JP 2678466B2 JP 63164069 A JP63164069 A JP 63164069A JP 16406988 A JP16406988 A JP 16406988A JP 2678466 B2 JP2678466 B2 JP 2678466B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はディフューザ及び触媒コンバータ用ハウジン
グ装置に係る。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a diffuser and a housing device for a catalytic converter.

従来の技術 ディフューザは当技術分野に於てよく知られている。
Webster's New Collegiate Dictionary(1981)に於て
は、ディフューザは「ある系を通過する流体の速度を低
減しその静圧を増大させる装置」と定義されている。本
発明は出口の流路断面積よりも入口の流路断面積が小さ
い最も典型的なディフューザに関するものである。ディ
フューザは特に流体の速度を低減したり流体の圧力を増
大させる目的で使用されてよいが、ディフューザは直径
の異なる導管を接続する場合の如く、通路の流路断面積
を増大させるという物理的必要性によって使用されるこ
とも多い。
PRIOR ART Diffusers are well known in the art.
In the Webster's New Collegiate Dictionary (1981), a diffuser is defined as "a device that reduces the velocity of a fluid passing through a system and increases its static pressure." The present invention relates to the most typical diffuser having a smaller flow passage cross-sectional area at the inlet than the flow passage cross-sectional area at the outlet. Diffusers may be used specifically to reduce the velocity of the fluid or to increase the pressure of the fluid, but the diffuser has the physical need to increase the cross-sectional flow area of the passage, such as when connecting conduits of different diameters. Often used by sex.

本明細書に於て、「ディフューザ」とは出口の流路断
面積よりも入口の流路断面積が小さく、主要な流れ方向
の流体の速度を低減し、その静圧を増大させる流体搬送
通路を意味する。
In the present specification, the "diffuser" has a smaller flow passage cross-sectional area at the inlet than the flow passage cross-sectional area at the outlet, reduces the velocity of the fluid in the main flow direction, and increases the static pressure thereof. Means

ディフューザの壁の傾斜が主要な流れ方向に対し急峻
でありすぎる場合には、境界層が流れ方向に二次元的に
剥離する。本明細書に於ける「境界層が流れ方向に二次
元的に剥離する」とは、物体の表面より流体バルクが離
れ、その結果物体の壁の近傍に流体バルクの流れ方向と
は逆方向に移動する流れが生じることを意味する。かか
る境界層の剥離により損失が増大し、圧力の回復が低下
し、また速度の減少度合が低下する。かかる現象が生じ
ると、ディフューザは失速したと言われる。失速は境界
層の運動量がそれが壁に沿って下流側方向へ移動する際
の圧力上昇に打勝つことができない場合にディフューザ
内に発生し、壁近傍の流体の流れ方向が実際に逆方向に
なる。境界層はかかる点より下流側に於ては壁に付着し
た状態に留まることができず、かかる点より下流側に剥
離領域が形成される。
If the diffuser wall slope is too steep with respect to the main flow direction, the boundary layer separates two-dimensionally in the flow direction. In the present specification, "the boundary layer two-dimensionally separates in the flow direction" means that the fluid bulk is separated from the surface of the object, and as a result, the fluid bulk near the wall of the object is in the direction opposite to the flow direction of the fluid bulk. It means that a moving flow occurs. Such delamination of the boundary layer increases loss, reduces pressure recovery, and reduces velocity reduction. When such a phenomenon occurs, the diffuser is said to have stalled. Stall occurs in the diffuser when the momentum of the boundary layer cannot overcome the pressure rise as it moves downstream along the wall, causing the fluid flow in the vicinity of the wall to actually go in the opposite direction. Become. The boundary layer cannot remain attached to the wall downstream from such a point, and a peeling region is formed downstream from the point.

失速を防止するためには、ディフューザは所要の末広
角度が減少するよう長く形成されなければならない。し
かしディフューザの長さを大きくすることは、例えば空
間上の制限や重量の制限のために用途によっては許容さ
れず、従って必ずしも全ての場合に上述の問題を解決で
きるものではない。従って失速を生じることなくより迅
速に、即ち比較的短い距離にて流体を拡散させ得るこ
と、逆の言い方をすれば或る与えられたディフューザ長
さについて従来のディフューザを用いて達成し得る流路
断面積よりも大きい流路断面積まで流体を拡散させ得る
ことが非常に好ましい。
To prevent stall, the diffuser must be long enough to reduce the required divergence angle. However, increasing the length of the diffuser is not acceptable in some applications, for example due to space limitations or weight limitations, and thus does not necessarily solve the above problem in all cases. It is therefore possible to diffuse the fluid more quickly without stall, i.e. over a relatively short distance, or conversely, a flow path that can be achieved with a conventional diffuser for a given diffuser length. It is highly preferred to be able to diffuse the fluid to a flow passage cross sectional area that is larger than the cross sectional area.

従来のディフューザは二次元又は三次元ディフューザ
である。二次元ディフューザは一般に4つの側面を有
し、二つの互いに対向する側面は互いに他に対し平行で
あり、他の二つの互いに対向する側面はディフューザの
出口へ向けて互いに末広状をなしている。また円錐形の
ディフューザ及び環状のディフューザも二次元ディフュ
ーザと呼ばれることがある。環状のディフューザはガス
タービンエンジンに使用されることが多い。三次元ディ
フューザは例えば二対の互いに対向する側面が互いに他
に対し末広状をなす4つの側面を有するものであってよ
い。
Conventional diffusers are two-dimensional or three-dimensional diffusers. A two-dimensional diffuser generally has four sides, two opposite sides being parallel to each other and the other two opposite sides diverging toward the diffuser outlet. Further, the conical diffuser and the annular diffuser are sometimes called a two-dimensional diffuser. Annular diffusers are often used in gas turbine engines. The three-dimensional diffuser may, for example, have two pairs of opposite side surfaces which are divergent with respect to each other.

ディフューザの一つの用途は乗用車、トラック等のた
めの触媒コンバータ装置である。コンバータは排気エミ
ツション(窒素酸化物)を低減し、一酸化炭素や未燃焼
の炭化水素を酸化させるために使用される。現在のとこ
ろ触媒としてプラチナが選定されている。プラチナは非
常に高価であるので、プラチナを効率的に使用すること
が重要であり、このことはプラチナの高い表面積をガス
に曝し、できるだけ少量の触媒を使用して許容し得る機
能が果されるよう滞留時間を十分に長くすることを意味
する。
One use of diffusers is in catalytic converter equipment for passenger cars, trucks, and the like. Converters are used to reduce exhaust emissions (nitrogen oxides) and oxidize carbon monoxide and unburned hydrocarbons. Currently, platinum is selected as the catalyst. Platinum is very expensive, so it is important to use platinum efficiently, which exposes the high surface area of platinum to gas and performs acceptable functions using as little catalyst as possible. Therefore, it means that the residence time is sufficiently long.

現在のところ排気ガスは約2.5〜5.0in2(16〜32cm2
の流路断面積を有する円形の導管によりコンバータへ搬
送されている。触媒(プラチナにて被覆されたセラミッ
クのモノリスまたは被覆されたセラミックのペレットの
床の形態をなす)は、例えば円形の入口導管の流路断面
積の2乃至4倍の楕円形の流路断面積を有する導管内に
配置されている。入口導管及び内部に触媒を有する導管
は、断面形状を円形より楕円形に変化させる拡散部によ
り互いに接続されている。空間上の制限に起因して、拡
散部は非常に短く、またその末広角度の半分は高々45゜
である。末広角度の半分が約7゜を越えると、流体の流
れが壁より剥離するので、入口導管よりの排気ガスの流
れは断面円形の状態を維持する傾向にあり、その大部分
は触媒の断面楕円形の入口領域のごく小さい部分にのみ
衝突する。かくして拡散部内に於ける拡散が不十分であ
ることに起因して、触媒床内の排気ガスの流れは不均一
になる。これらの問題は1986年10月6日〜9日にアメリ
カ合衆国ペンシルバニア州、フィラデルフィアに於て開
催されたInternational Fuels and Lubricants Meeting
and Expositionに於て提出されたSAEペーパーNo.86155
4のDaniel W.Wendland、William R.Matthesによる「Vis
ualization of Automotive Catalytic Converter Inter
nal Flows」と題する論文に於て論じられている。プラ
チナ触媒をより一層効率的に使用し、これにより必要な
触媒の量を低減し得るよう、かかる短い拡散部内に於て
排気ガスの流れをより一層良好に拡散させることが必要
とされている。
Currently, the exhaust gas is about 2.5 to 5.0 in 2 (16 to 32 cm 2 )
Is conveyed to the converter by a circular conduit having a flow passage cross-sectional area of. The catalyst (in the form of a platinum-coated ceramic monolith or a bed of coated ceramic pellets) is, for example, an elliptical channel cross-sectional area which is 2 to 4 times that of a circular inlet conduit. Is disposed in the conduit having. The inlet conduit and the conduit containing the catalyst therein are connected to each other by a diffusing section that changes the cross-sectional shape from circular to elliptical. Due to space limitations, the diffuser is very short and half its divergence angle is at most 45 °. When half of the divergence angle exceeds about 7 °, the fluid flow separates from the wall, so the flow of exhaust gas from the inlet conduit tends to maintain a circular cross section, most of which is an elliptical cross section of the catalyst. Only the tiny portion of the inlet area of the shape is impacted. Thus, due to insufficient diffusion in the diffusion section, the exhaust gas flow in the catalyst bed is non-uniform. These issues were addressed by the International Fuels and Lubricants Meeting in Philadelphia, PA, USA, October 6-9, 1986.
and Exposition SAE Paper No.86155 submitted
4 Daniel W. Wendland, William R. Matthes `` Vis
ualization of Automotive Catalytic Converter Inter
It is discussed in a paper entitled "nal Flows". There is a need to better diffuse the exhaust gas flow within such short diffusions so that platinum catalysts can be used more efficiently and thereby reduce the amount of catalyst required.

発明の開示 本発明の一つの目的は、改善された作動特性を有する
ディフューザを提供することである。
DISCLOSURE OF THE INVENTION One object of the present invention is to provide a diffuser having improved operating characteristics.

本発明の他の一つの目的は、従来のディフューザの場
合に比して短い長さにて同量の拡散を達成し得るディフ
ューザを提供することである。
Another object of the present invention is to provide a diffuser which can achieve the same amount of diffusion in a short length as compared with the conventional diffuser.

本発明の更に他の一つの目的は、或る与えられた長さ
について見て従来のディフューザよりも大きい拡散を達
成し得るディフューザを提供することである。
Yet another object of the present invention is to provide a diffuser that can achieve greater diffusion than a conventional diffuser for a given length.

従って発明は、ディフューザ部の上流側にて導管内に
配置され導管の壁面より隔置された実質的に二つの側面
を有する薄い壁部材を含んでおり、この壁部材はその部
材に隣接して流れる流体バルクの流れ方向に延在する対
応する軸線の周りに互いに逆方向に回転する複数個の互
いに隣接する渦流をディフューザ部内に発生する波形の
下流側部分を有している。
Accordingly, the invention includes a thin wall member disposed in the conduit upstream of the diffuser portion and having substantially two sides spaced apart from the wall surface of the conduit, the wall member adjacent the member. It has a corrugated downstream portion that produces a plurality of adjacent vortices in the diffuser portion that rotate in opposite directions about a corresponding axis extending in the flow direction of the flowing fluid bulk.

一つの実施例に於ては、波状部を有する部材はディフ
ューザ部の入口の上流側に配置され、ディフューザの入
口導管の表面よりこれに近接して隔置された状態に支持
される。部材の波状の部分は該部材近傍の流体バルクの
流れ方向に延在し、波形をなす下流側エッジにて終る互
いに隣接し交互に配列されたU形の複数個の畝及び谷を
含んでいる。これらの谷の深さ及び畝の高さは下流側方
向へ向うにつれて増大しており、谷及び畝の形状及び寸
法は、各谷が波状部を有する部材の下流側エッジの下流
側に一対の互いに隣接する渦流を発生するような形状及
び寸法である。渦流は境界層をディフューザ部の壁に近
接するよう付勢し、境界層がディフューザ部の壁より剥
離することを遅延させ又は阻止する。かくしてディフュ
ーザはより短い距離にて等量の拡散を行うことができ
(即ちより大きい末広角度にて効果的に作動することが
でき)、又は従来のディフューザによる場合に比して或
る与えられた長さにてより多量の拡散を行うことができ
る。波状部を含む部材及びその谷及び畝を適正に配向す
ることにより、流体はそれをディフューザの壁面へ向け
て搬送する或る方向の運動量を伴なって谷より流出する
ようになる。谷の出口に於て各側壁面より発生する渦流
は大きいスケールの渦流であると考えられる(この場合
「大きいスケールの」とは、渦流が谷の全深さの大きさ
にほぼ等しい直径を有することを意味する)。各側壁よ
り一つずつのこれら二つの渦流は互いに反対方向に回転
し、谷よりの流体及び近傍の流体バルクよりの流体を波
状部を含む部材のすぐ下流側に於てディフューザの壁面
近傍の流体と混合させる流れ場を創成する。かかる現象
により流体バルクはディフューザの壁面へ向けて外方へ
導かれ、またディフューザ部材に於て流体バルクが混合
され、これらにより境界層がディフューザの壁面に沿う
よう付勢され、これによりディフューザの性能が改善さ
れる。波状部を含む部材が境界層を付勢し境界層の剥離
を遅延させるに十分な程ディフューザの壁に近接しては
いなくても、或いはディフューザの壁が急峻過ぎて境界
層の剥離を回避することができない場合であっても、大
きいスケールの渦流によって行われるディフューザ内に
於ける流体バルクの混合によりディフューザの全体とし
ての性能が改善される。
In one embodiment, the corrugated member is positioned upstream of the diffuser inlet and is supported spaced from and near the surface of the diffuser inlet conduit. The corrugated portion of the member includes a plurality of alternating U-shaped ridges and valleys extending in the direction of flow of the fluid bulk proximate the member and ending in a corrugated downstream edge. . The depth of these valleys and the height of the ridges increase in the downstream direction, and the shapes and dimensions of the valleys and ridges are such that each valley has a pair of ridges on the downstream side of the downstream edge of the member having the wavy portion. The shape and dimensions are such that vortices adjacent to each other are generated. The swirl forces the boundary layer closer to the diffuser wall and delays or prevents the boundary layer from separating from the diffuser wall. Thus, the diffuser can provide equal diffusion over shorter distances (ie, can effectively operate at larger divergence angles), or some given relative to that with conventional diffusers. More diffusion can be done in length. Proper orientation of the corrugated member and its troughs and ridges causes the fluid to exit the troughs with some momentum that carries it toward the diffuser wall. The eddies generated from each side wall at the outlet of the valley are considered to be large-scale vortices (in this case, "large-scale" means that the vortex has a diameter approximately equal to the total depth of the valley. Means that). These two vortices, one from each side wall, rotate in opposite directions, causing the fluid from the valley and the fluid from the nearby fluid to flow in the vicinity of the diffuser wall just downstream of the member containing the corrugations. Create a flow field to mix with. Due to such a phenomenon, the fluid bulk is guided outward toward the wall surface of the diffuser, and the fluid bulk is mixed in the diffuser member, which urges the boundary layer along the wall surface of the diffuser, thereby improving the performance of the diffuser. Is improved. A member containing corrugations may not be close enough to the diffuser wall to urge the boundary layer and delay boundary layer separation, or the diffuser wall may be too steep to avoid boundary layer separation. Even if this is not possible, mixing of the fluid bulk in the diffuser caused by large scale vortices improves the diffuser's overall performance.

本発明の部材の谷及び畝はそれらに流体が十分に流れ
る(即ち谷内に於て流れ方向の二次元的な境界層の剥離
が生じない)ような形状であることが好ましい。かくし
て波状部を含む部材の谷のすぐ上流側に於てその部材上
を流れる流体の境界層が流れ方向に二次元的に剥離して
いないことが重要である。何故ならば、さもなくば剥離
した流体の流れが谷内へ流入し、これにより強力な渦流
の形成が阻害されるからである。谷内に於ける流れ方向
の二次元的な境界層の剥離を防止することは谷の構造に
関し考慮すべき一つの重要な点である。例えば谷の底面
の傾斜がその近傍の流体バルクの流れ方向に対し急峻過
ぎる場合には二次元的な境界層の剥離が生じることがあ
る。
The troughs and ridges of the members of the present invention are preferably shaped so that fluid can flow through them sufficiently (ie, there is no two-dimensional boundary layer separation in the flow direction within the troughs). Thus, it is important that the boundary layer of the fluid flowing on the member immediately upstream of the valley of the member including the wavy portion is not separated two-dimensionally in the flow direction. This is because otherwise the separated flow of fluid flows into the trough, which hinders the formation of strong vortices. Preventing flow-direction two-dimensional boundary layer separation in the valley is one important consideration for the valley structure. For example, if the slope of the bottom of the valley is too steep with respect to the flow direction of the fluid bulk in the vicinity thereof, two-dimensional boundary layer separation may occur.

谷及び畝は下流側方向に垂直な断面で見てU形である
ことが好ましく、損失が低減されるよう、滑かに湾曲し
ている(例えば谷の側壁面が谷の底面に出合う位置に鋭
角が存在しない)ことが好ましい。特に谷及び畝は下流
側方向に垂直な断面で見て波形をなす滑らかに起伏する
面を形成していることが好ましい。
The valleys and ridges are preferably U-shaped when viewed in a cross section perpendicular to the downstream direction, and are smoothly curved so that the loss is reduced (for example, at the position where the side wall surface of the valley meets the bottom surface of the valley). (There are no sharp angles). In particular, it is preferable that the valleys and ridges form a smoothly undulating surface that is corrugated when viewed in a cross section perpendicular to the downstream direction.

本発明の他の一つの局面によれば、各谷より流出する
流体は二次的な流れ損失を低減すべくできるだけ小さい
横方向の速度成分を有していることが好ましい。かかる
理由から、谷の側壁は谷の出口より上流側のかなりの距
離の部分に亙り、谷へ流入する流体バルクの流れ方向に
対し平行であることが好ましい。
According to another aspect of the invention, the fluid exiting each trough preferably has a lateral velocity component that is as small as possible to reduce secondary flow losses. For this reason, the sidewalls of the valley are preferably parallel to the flow direction of the bulk of the fluid entering the valley over a considerable distance upstream of the exit of the valley.

本発明の一つの重要な利点は、流れ場内にディフュー
ザが存在することにより、実質的な流れ損失を招来する
ことなくディフューザの性能を改善することができると
いうことである。
One important advantage of the present invention is that the presence of the diffuser in the flow field can improve the performance of the diffuser without incurring substantial flow loss.

本発明の他の一つの局面によれば、出口に於ける谷の
画壁は急峻であることが好ましい。何故ならば、側壁が
急峻であることにより側壁によって発生される渦流の強
度が増強されると考えられるからである。本明細書に於
て「急峻」とは、谷の長さ方向に垂直な断面で見て各側
壁上の最も急峻な点に於ける接線が約120゜以下の交差
角にて交差することを意味する。特に側壁は互いに他に
対し平行であることが好ましい。尚本明細書に於て、側
壁が平行である場合には、交差角は0゜であると見倣さ
れる。
According to another aspect of the present invention, the valley wall at the exit is preferably steep. This is because it is considered that the steepness of the sidewall enhances the strength of the vortex flow generated by the sidewall. In the present specification, "steep" means that the tangent line at the steepest point on each side wall as seen in a cross section perpendicular to the length direction of the valley intersects at an intersection angle of about 120 ° or less. means. In particular, the side walls are preferably parallel to each other. In the present specification, when the side walls are parallel, the intersection angle is regarded as 0 °.

本願出願人と同一の出願人の出願にかかる特願昭62−
107920号には、波形の薄いトレーリングエッジを郭定す
る流れ方向の谷及び畝(波状部)を有するエーロフォイ
ルのトレーリングエッジ領域が記載されている。一方の
面の谷は他方の面に畝を郭定している。これらの谷及び
畝は、低運動量の境界層の流れを三次元的に解放するこ
とにより、エーロフォイルの吸入側面に於て境界層が二
次元的に剥離することを遅延させ、或いは境界層が二次
元的に剥離することにより重大な影響が及ぶことを阻止
する。尚本発明は波状部を含む部材のすぐ下流側に配置
されるディフューザの性能を改善せんとするものであ
る。
Japanese Patent Application No. SHO 62- filed by the same applicant as the applicant of the present application
No. 107920 describes a trailing edge region of an airfoil having streamwise valleys and ridges (wavy portions) that define a corrugated thin trailing edge. The valleys on one side define ridges on the other side. These valleys and ridges retard the two-dimensional separation of the boundary layer at the suction side of the airfoil by releasing the low momentum boundary layer flow in three dimensions, or Prevents serious effects from two-dimensional peeling. The present invention is intended to improve the performance of the diffuser arranged immediately downstream of the member including the wavy portion.

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例につい
て詳細に説明する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings with reference to the accompanying drawings.

発明を実施するための最良の形態 これより詳細に説明する如く、本発明の波状部を含む
壁部材は流体を拡散させることを補助し、また境界層を
ディフューザの壁に沿うよう付勢する流体の流れを壁部
材の下流側に形成すべく、ディフューザの入口のすぐ上
流側又はディフューザの入口に於て使用され、これによ
りディフューザの性能が改善される。この流体力学的メ
カニズムは本願出願人と同一の出願人の出願にかかる特
願昭63−164067号に記載された流体力学的メカニズムと
同様である。この特許出願の第14図及び第14A図が本願
に於て第1図及第1A図として再現されている。上記特許
出願に於ては、波状部を含むプレートが、そのプレート
の下流側に或る流体力学的流れパターンを形成すること
によりベース抗力を低減すべく、移動する物体の非流線
形の端面の上流側に配置された。第1図及び第1A図に於
て、非流線形のベースを有する物品が符号200にて全体
的に示されている。物品200は平滑で比較的平坦な上面2
02を有し、矢印204により示されている如く流体が上面2
02上を実質的に下流側方向へ流れる。物品200は非流線
形のベース、即ち後端面206を有している。波状部を含
むプレートが設けられなければ、上面202に沿う流体の
流れは線208に沿って物品より剥離するものと仮定す
る。本発明を説明する目的で、剥離線208は非流線形の
端面206の始点、即ち上流側エッジであると見做す。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION As will be described in more detail below, the wall member including the corrugated portion of the present invention assists in diffusing the fluid and also urges the boundary layer along the wall of the diffuser. Is used immediately upstream of the diffuser inlet or at the diffuser inlet to create a flow downstream of the wall member, which improves the performance of the diffuser. This hydrodynamic mechanism is similar to the hydrodynamic mechanism described in Japanese Patent Application No. 63-164067 filed by the applicant of the present application. Figures 14 and 14A of this patent application are reproduced herein as Figures 1 and 1A. In the above patent application, a plate containing corrugations is used to reduce the base drag by forming a hydrodynamic flow pattern downstream of the plate to reduce the non-streamlined end face of the moving object. It was placed upstream. In Figures 1 and 1A, an article having a non-streamlined base is shown generally at 200. Article 200 has a smooth and relatively flat top surface 2
02, and the fluid has a top surface 2 as indicated by arrow 204.
It flows on 02 substantially in the downstream direction. The article 200 has a non-streamlined base or trailing end face 206. It is assumed that the flow of fluid along the upper surface 202 separates from the article along the line 208, unless the plate containing the corrugations is provided. For purposes of describing the invention, separation line 208 is considered to be the starting point, or upstream edge, of non-streamlined end face 206.

波状部を含む壁部材、即ちプレート210が上面202上に
配置されており、支持部材212(その内の一つが図面に
示されている)により上面202より隔置されている。プ
レート210は上流側エッジ即ちリーディングエッジ214
と、下流側エッジ即ちトレーリングエッジ216とを有し
ている。プレートはかなり薄いものではあるが、プレー
トの上面218及び下面220上を流体の均一な流れがそれら
に付着した状態にて流れ始めるよう、リーディングエッ
ジ214はエーロフォイルのリーディングエッジと同様丸
みを帯びていなければならない。例えばプレートの重量
を低減したりプレートそれ自身のベース抗力を低減すべ
く、プレートはもし必要ならばトレーリングエッジ216
へ向かうにつれてその厚さが次第に減少していてよい。
A corrugated wall member or plate 210 is disposed on the upper surface 202 and is spaced from the upper surface 202 by a support member 212 (one of which is shown in the drawing). Plate 210 has an upstream or leading edge 214
And a downstream edge or trailing edge 216. Although the plate is fairly thin, the leading edge 214 is as rounded as the leading edge of the airfoil so that a uniform flow of fluid begins to flow over them on the upper surface 218 and the lower surface 220 of the plate. There must be. For example, to reduce the weight of the plate or the base drag of the plate itself, the plate may be trailing edge 216 if desired.
The thickness may decrease progressively toward.

プレートにはU形の複数個の溝222及び畝224が形成さ
れている。互いに隣接する谷及び畝は互いに滑らかに接
続され、これによりトレーリングエッジ216に於て波形
をなすプレートの起伏する即ち波状の下流側部分を形成
している。渦流が形成されるよう、谷の深さは下流側方
向へ向かうにつれて増大していなければならないが、谷
の深さは谷の出口より上流側に於てその最大値に到達
し、しかる後谷の出口まで一定値であってもよい。第1
図に於て、プレートのリーディングエッジ214は直線状
であり、プレートは最初の短い距離の範囲に於ては平坦
である。谷及び畝はその平坦な部分に滑かに接続されて
いる。図示の如く、谷の深さ(及び畝の高さ)はそれら
の上流側端部に於ては0であり、下流側エッジ216に於
て最大値であることが好ましいが、プレートのリーディ
ングエッジ214は振幅の小さい波形をなし、谷の深さが
リーディングエッジよりトレーリングエッジへ向かうに
つれて次第に増大していてもよい。谷及び畝の形状は、
谷にそれらの全長に亙り流体が十分に流れるよう選定さ
れる。
A plurality of U-shaped grooves 222 and ridges 224 are formed in the plate. Adjacent valleys and ridges are smoothly connected to each other, thereby forming the undulating or wavy downstream portion of the corrugated plate at the trailing edge 216. The depth of the valley must increase in the downstream direction so that a vortex is formed, but the depth of the valley reaches its maximum value upstream from the exit of the valley, and then the valley It may be a constant value until the exit of. First
In the figure, the leading edge 214 of the plate is straight and the plate is flat over the first short distance. The valleys and ridges are smoothly connected to the flat part. As shown, the depth of the valleys (and the height of the ridges) is preferably 0 at their upstream ends and maximum at their downstream edges 216, but is not the leading edge of the plate. 214 has a waveform with a small amplitude, and the depth of the valley may gradually increase from the leading edge toward the trailing edge. The shapes of the valleys and ridges are
The valleys are chosen to allow sufficient fluid flow over their entire length.

プレート210は物品200に取付けられているので、プレ
ートそれ自身も損失(抗力)を生じ、従ってその抗力が
低減されなければならない。先ず波状部を有しない仮想
上の平滑なプレートであって、それが配置される面に対
し局部的にほぼ平行であるプレートを考えると、谷の谷
底及び畝の峰はかかる仮想上の平面の上下に等距離延在
していることが好ましい。
Since the plate 210 is attached to the article 200, the plate itself also causes a loss (drag), which must therefore be reduced. First, considering a plate that has no corrugations and is virtually parallel to the plane on which it is arranged, the valley bottom and the ridge peaks are of such a virtual plane. It is preferred that they extend equidistantly up and down.

プレートの両側に於て谷及び畝により発生される渦流
が第1図に図解的に示されている。流体バルクの流れ方
向に延在する軸線を有する渦流が各谷の各側壁より発生
される。かくして谷226は第1図で見てその右側の側壁
より時計周り方向に回転する渦流228を形成し、またそ
の左側の側壁より反時計廻り方向に回転する渦流230を
形成する。プレートの反対側に設けられ谷226の図にて
左側の谷232もその図にて右側の側壁より反時計廻り方
向に回転する渦流234を形成し、この渦流は反時計廻り
方向に回転する渦流230と組合さってその渦流を強化
し、これにより一つのより一層強力な渦流を形成する。
同様に谷236の図にて左側の側壁は時計廻り方向に回転
する渦流238を形成し、該渦流は谷226より形成された時
計廻り方向へ回転する渦流228と組合される。
The vortices generated by the valleys and ridges on both sides of the plate are shown diagrammatically in FIG. A vortex flow having an axis extending in the flow direction of the fluid bulk is generated from each sidewall of each valley. Thus, the valley 226 forms a swirl 228 which rotates clockwise from the side wall on the right side thereof and a swirl 230 which rotates counterclockwise from the side wall on the left side thereof as viewed in FIG. The left side valley 232 in the figure of the valley 226 provided on the opposite side of the plate also forms a vortex flow 234 rotating counterclockwise from the right side wall in the figure, and this vortex flow rotates in the counterclockwise direction. Combined with 230, it strengthens the vortex, thereby forming one more powerful vortex.
Similarly, the sidewall on the left side of the valley 236 in the figure forms a clockwise swirling flow 238 which is combined with the clockwise swirling flow 228 formed by the valley 226.

プレート210が上面202及び非流線形の端面206の両方
に対し適正に配置され配向されると、それらより形成さ
れる渦流は境界層の流れをプレートより下流側の上面20
2に対し付勢し、これによりその流体の流れは仮想上の
剥離線208を越えても物品の表面に付着した状態を維持
する。更に溝より上面202上を流れる流体バルクは非流
線形の端面206の背後の空間内へ第1図で見て下方へ導
かれ、これによりさもなくば発生される剥離泡を低減
し、これによりベース抗力を更に低減する。
When the plate 210 is properly positioned and oriented with respect to both the upper surface 202 and the non-streamlined end surface 206, the vortices formed by them cause the boundary layer flow to flow to the upper surface 20 downstream of the plate.
It is urged against 2, so that the fluid flow remains attached to the surface of the article beyond the virtual separation line 208. In addition, the bulk of the fluid flowing over the upper surface 202 above the groove is guided downward into the space behind the non-streamlined end surface 206, as seen in FIG. 1, which reduces the delamination bubbles otherwise generated. Further reduce the base drag.

以下の説明の目的で、第1図に於て、Pはプレートの
トレーリングエッジ216に於ける峰から峰までの波長で
あり、Aは峰から峰までの波の高さ、即ち振幅(谷の深
さとも呼ばれる)であり、Hは上面202とトレーリング
エッジ216の上面202に最も近い波の峰との間の距離であ
り、Dはトレーリングエッジ216と非流線形の端面の上
流側エッジ(上述の如く剥離線208である)との間の距
離であるものとする。峰から峰までの波長Pは谷の全長
に亙り一定であることが好ましい。
For purposes of the following description, in FIG. 1, P is the peak-to-peak wavelength at the trailing edge 216 of the plate, and A is the peak-to-peak wave height, or amplitude (valley). H is the distance between the top surface 202 and the wave peak of the trailing edge 216 closest to the top surface 202, and D is the trailing edge 216 and upstream of the non-streamlined end surface. Let it be the distance to the edge (which is the peel line 208 as described above). The wavelength P from peak to peak is preferably constant over the entire length of the valley.

渦流はプレートのトレーリングエッジ216より下流側
方向或る距離の範囲に亙り十分には形成されないので、
また渦流によって剥離線208より上流側の境界層を付勢
することが好ましいので、トレーリングエッジ216は非
流線形の端面206よりその上流側方向に振幅Aの1倍乃
至2倍に等しい距離Dの位置に配置されることが好まし
い。このことは、距離DがAよりも小さいか0である場
合に効果が全く得られないことを意味するのではなく、
効果が低減されるだけであると考えられる。同様にプレ
ートが端面206より上流側方向へ遠く離れた位置に設け
られると、渦流はそれが端面206に到達する前にかなり
又は完全に減衰し、これにより殆ど又は全く効果が得ら
れない。
The eddy current is not well formed over a range of distance downstream of the trailing edge 216 of the plate,
Further, since it is preferable to urge the boundary layer upstream of the separation line 208 by the vortex flow, the trailing edge 216 has a distance D equal to 1 to 2 times the amplitude A in the upstream direction from the non-streamlined end surface 206. It is preferable to be arranged in the position. This does not mean that no effect is obtained when the distance D is smaller than A or 0.
It is believed that the effect is only reduced. Similarly, if the plate is located farther upstream than the end face 206, the vortex will be significantly or completely dampened before it reaches the end face 206, with little or no effect.

距離Hは境界層が剥離線208に到達する前に上面202上
の境界層を乱したり剥離させたりする二次的な流れ場や
障害部が上面202に近接した位置に生じることを回避す
るに十分な程大きい値でなければならない。また距離H
は少くとも境界層の厚さにほぼ等しい値でなければなら
ないものと考えられる。これと同時に、距離Hは渦流が
できるだけ上面202に近接した位置に留まるよう小さい
値でなければならない。プレートに近接した液体バルク
の流れ方向に対する谷の底面の傾斜角θは小さ過ぎる値
であってもまた大き過ぎる値であってもならない。この
傾斜角が小さ過ぎると、形成される渦流の強度が弱過
ぎ、或いは表面摩擦による損失に起因して渦流が全く形
成されない。傾斜角θは少なくとも約5゜でなければな
らないものと考えられる。逆に傾斜角が急峻である過ぎ
ると、谷に流体が十分には流れなくなる(即ち谷内に於
て二次元的な流れ方向の境界層の剥離が生じる)。この
ことにより渦流の形成が阻害される。谷に流体が十分流
れる限り、傾斜角が大きければ大きい程渦流の強度が高
くなるものと考えられる。但し傾斜角が約30゜を越える
と谷に流体が十分には流れなくなるものと考えられる。
任意の特定の用途にとっての最適の傾斜角は実験によっ
て求められる必要がある。
The distance H avoids the occurrence of secondary flow fields or obstacles near the upper surface 202 that disturb or delaminate the boundary layer on the upper surface 202 before the boundary layer reaches the separation line 208. Must be large enough to Also the distance H
Is considered to be at least approximately equal to the thickness of the boundary layer. At the same time, the distance H must be small so that the vortex stays as close to the upper surface 202 as possible. The tilt angle θ of the bottom surface of the valley with respect to the direction of flow of the liquid bulk close to the plate must not be too small or too large. If this inclination angle is too small, the strength of the vortex flow formed will be too weak, or no vortex flow will be formed due to the loss due to surface friction. It is believed that the tilt angle θ should be at least about 5 °. On the other hand, if the inclination angle is too steep, the fluid does not flow sufficiently in the valley (that is, two-dimensional boundary layer separation occurs in the valley). This hinders the formation of eddies. It is considered that the larger the inclination angle, the higher the strength of the eddy current as long as the fluid flows sufficiently in the valley. However, it is considered that the fluid does not sufficiently flow into the valley when the inclination angle exceeds about 30 °.
The optimum tilt angle for any particular application needs to be determined empirically.

各谷の側壁の傾斜角に関する限り、トレーリングエッ
ジ216及びそれより上流側方向の或る距離範囲に亙り側
壁は互いに実質的に平行であることが好ましい。側壁の
傾斜角は谷の互いに対向する側壁に沿う最も急峻な点に
於ける接線の間の角度である交差角C(第1図参照)に
より表わされる。上述の如く、角度Cが0に近ければ近
い程良好であるが、角度Cは谷の出口に於て約120゜以
下でなければならない。
As far as the slope angle of the sidewalls of each valley is concerned, it is preferred that the sidewalls are substantially parallel to each other over the trailing edge 216 and some distance upstream. The angle of inclination of the sidewalls is represented by the intersection angle C (see FIG. 1) which is the angle between the tangents at the steepest points along the mutually opposing sidewalls of the valley. As mentioned above, the closer the angle C is to 0, the better, but the angle C should be less than about 120 ° at the valley exit.

プレートのリーディングエッジ214よりトレーリング
エッジ216までの全長は谷及び畝の長さLに等しいか又
はこれよりも僅かに大きいことが好ましい。この長さが
過剰であると、流れの乱れは生じないが、そのことによ
っては何ら利点が得られず、只単に表面抗力、コスト、
及び重量が増大されるに過ぎない。前述の如く、リーデ
ィングエッジ214は丸みを帯びていなければならず、谷
及び畝は谷にその全長に亙り流体が十分に流れ、特定の
用途の要件に鑑み有効であると考えられる利益(即ち抗
力の低減)が得られるに十分な程強力の渦流を発生させ
る形状及び寸法にそれらの全長に亙り設定されていなけ
ればならない。
The total length of the plate from the leading edge 214 to the trailing edge 216 is preferably equal to or slightly greater than the length L of the valleys and ridges. If this length is too long, there will be no flow turbulence, but it will not provide any benefit, only surface drag, cost,
And the weight is only increased. As mentioned above, the leading edge 214 must be rounded so that the valleys and ridges have sufficient fluid flow over their entire length in the valleys to provide benefits (ie, drag force) that may be beneficial in view of the requirements of the particular application. Must be set over their entire length in shape and size to generate vortices that are strong enough to obtain a.

一般に、過剰の圧力損失を招来することなく強力な渦
流を形成させるためには、波長Pは振幅Aの約半分以上
であり且振幅の約4倍以下でなければならない。谷の出
口の下流側方向へ投影された流路断面積の合計は、ベー
ス抗力を有効に低減し得るよう、非流線形の端面の下流
側方向へ投影された総面積に比して十分に大きい値でな
ければならない。物理的制限、コスト、重量、更には審
美性の如き実際上考慮すべき点も最終的に選定される形
状にそれぞれ種々の程度にて影響する。
Generally, in order to form a strong vortex without causing excessive pressure loss, the wavelength P should be about half the amplitude A or more and about four times the amplitude or less. The sum of the flow path cross-sectional areas projected downstream of the valley exit is sufficient to effectively reduce the base drag relative to the total area projected downstream of the non-streamlined end face. Must be a large value. Practical considerations such as physical limitations, cost, weight, and even aesthetics affect the final selected shape to varying degrees.

第2図及び第3図は第1図及び第1A図に示された波状
部を含む壁部材、即ち波形プレートの他の一つの用途を
示しており、この用途が本発明の主題である。第2図及
び第3図に於て導管が符号300にて全体的に示されてい
る。導管300は流体供給部302とディフューザ部304とを
含んでいる。これらの部分は矢印306にて示された方向
である流体の流れ方向に垂直な断面で見て長方形の断面
形状を有している。供給部302及びディフューザ部304は
平坦で互いに平行な側壁308を有している。かくしてデ
ィフューザ部304は二次元的にのみ流体を拡散させる。
平面310は供給部302とディフューザ部304との間の界面
に位置しており、ディフューザ部の入口312と同一の位
置に位置している。
2 and 3 show another application of the corrugated wall member or corrugated plate shown in FIGS. 1 and 1A, which application is the subject of the present invention. The conduit is shown generally at 300 in FIGS. 2 and 3. The conduit 300 includes a fluid supply 302 and a diffuser 304. These portions have a rectangular cross-sectional shape when viewed in a cross section perpendicular to the fluid flow direction, which is the direction indicated by arrow 306. The supply part 302 and the diffuser part 304 have flat and parallel side walls 308. Thus, the diffuser portion 304 diffuses the fluid only in two dimensions.
The flat surface 310 is located at the interface between the supply section 302 and the diffuser section 304, and is located at the same position as the inlet 312 of the diffuser section.

導管の供給部302内には波形プレート314が配置されて
いる。一方のプレートは脚320により供給部の上壁316に
取付けられており、他方のプレートは下壁318に取付け
られている。これらのプレートにより形成される大きい
スケールの渦流が螺旋322により示されており、下流側
方向306にほぼ平行な軸線を有している。
A corrugated plate 314 is located within the conduit feed 302. One plate is attached to the top wall 316 of the feed by legs 320 and the other plate is attached to the bottom wall 318. The large scale vortex formed by these plates is illustrated by the helix 322 and has an axis substantially parallel to the downstream direction 306.

波形プレート210の大きさ、形状、及び位置に関する
第1図及び第1A図の以上の説明は波形プレート314にも
同様に適用され、第2図のプレート310は波形プレート
が存在しない場合に境界層が剥離する位置を示す第1図
の線208に対応している。かくして寸法L、D、H、
A、P及び角度θは第1図及び第1A図について説明した
要領と同一の要領にて選定されなければならない。第1
図及び第1A図の用途に於ては、波形プレートは移動物体
のベース抗力を低減するが、本発明は境界層をディフュ
ーザの壁に沿うよう付勢し、またディフューザ部304内
に於て流体バルクの流れを全体的に混合し拡散させるこ
とにより、ディフューザの性能を改善するものである。
The above description of FIGS. 1 and 1A regarding the size, shape, and location of the corrugated plate 210 applies equally to the corrugated plate 314, with the plate 310 of FIG. 2 having a boundary layer in the absence of the corrugated plate. 1 corresponds to the line 208 in FIG. 1 showing the peeling position. Thus dimensions L, D, H,
A, P and angle θ must be selected in the same way as described with reference to FIGS. 1 and 1A. First
In the application of Figures and 1A, the corrugated plate reduces the base drag of a moving object, but the present invention biases the boundary layer along the walls of the diffuser, and the fluid in the diffuser section 304. It improves the performance of the diffuser by totally mixing and diffusing the bulk flow.

第2図及び第3図に示されたディフューザと同様の二
次元ディフューザが波形プレートが組込まれた場合と組
込まれていない場合の両方について試験された。第2図
及び第3図に於て、ディフューザは下記の寸法を有して
いた。
A two-dimensional diffuser similar to the diffuser shown in FIGS. 2 and 3 was tested both with and without the corrugated plate. 2 and 3, the diffuser had the following dimensions.

B=21.1in(53.6cm) F=32.7in(83.1cm) E=5.4in(14cm) また波形プレートについては、 D=2.3in(5.8cm) L=6.3in(16cm) H=0.25in(0.64cm) A=2.3in(5.8cm) P=1.7in(4.3cm) Wi=0.5in(1.3cm) W0=1.2in(3.0cm) θ=11゜ θ=15゜ であった。第3図に示されている如く、各谷の側壁は互
いに他に対し平行であった。第2図及び第3図は上述の
如き寸法を有する試験装置を有しているが、かかる寸法
及びそれらの相対関係により本発明が限定されるもので
はない。例えば各プレートの両側面の谷は互いに同一
(即ちWi=Wo、θ=θ)であってよい。或る特定の
用途についての最適の形態は、上述の如きガイドライン
を使用して実験によってのみ求められる。
B = 21.1in (53.6cm) F = 32.7in (83.1cm) E = 5.4in (14cm) For the corrugated plate, D = 2.3in (5.8cm) L = 6.3in (16cm) H = 0.25in (0.64) cm) A = 2.3 in (5.8 cm) P = 1.7 in (4.3 cm) Wi = 0.5 in (1.3 cm) W 0 = 1.2 in (3.0 cm) θ 1 = 11 ° θ 2 = 15 °. As shown in Figure 3, the sidewalls of each valley were parallel to each other. Although FIGS. 2 and 3 have a test apparatus having the above-described dimensions, the present invention is not limited to such dimensions and their relative relationship. For example, the valleys on both sides of each plate may be the same (ie, Wi = Wo, θ 1 = θ 2 ). The optimum configuration for a particular application can only be determined empirically using guidelines such as those mentioned above.

これら両方の一連の試験(即ち波形プレートが設けら
れた場合と設けられていない場合)に於て、ディフュー
ザの性能係数が約1.4〜3.1の入口面積に対する出口面積
の比に等しいディフューザの末広角度の半分αが約2〜
10゜範囲について測定された。これらの試験の結果が第
4図のグラフに示されており、第4図に於て曲線Aは波
形プレートが使用されなかった場合を示しており、Bは
波形プレートが使用された場合を示している。ディフュ
ーザの末広角度の半分が約6゜以上の範囲については
(少くとも試験された最大角度までについては)、本発
明は波形プレートを含まない同一のディフューザよりも
性能の点で(性能係数の点で)優れていた。末広角度の
半分が10゜の場合には、本発明は波形プレートが設けら
れていないディフューザの最高の性能係数(末広角度の
半分が6゜である場合の性能係数)よりも高い性能係数
を有しており、その値は末広角度の半分が10゜であり波
形プレートが設けられていない同一のディフューザの性
能係数よりも約25%高い値であった。また本発明に於て
は、末広角度の半分がより高い値の場合にも境界層の剥
離の開始が遅いことが認められた。
In both of these series of tests (ie with and without corrugated plates), the diffuser's divergence angle equals the diffuser's figure of merit equal to the ratio of inlet area to outlet area of about 1.4-3.1. Half α is about 2
Measured over a 10 ° range. The results of these tests are shown in the graph of FIG. 4, where curve A shows the case without the corrugated plate and B shows the case with the corrugated plate. ing. For the range of half the divergence angle of the diffuser above about 6 ° (at least up to the maximum tested angle), the present invention is more efficient than the same diffuser without the corrugated plate. Was excellent. In the case where half of the divergence angle is 10 °, the present invention has a higher coefficient of performance than the highest coefficient of performance of the diffuser without the corrugated plate (the coefficient of performance when half of the divergent angle is 6 °). The half of the divergent angle is 10 °, which is about 25% higher than the performance coefficient of the same diffuser without the corrugated plate. In the present invention, it was also found that the separation of the boundary layer started slowly even when the half of the divergence angle was higher.

第5図及び第6図は軸対称の三次元ディフューザ400
に本発明を使用することを示している。この場合波形を
なす薄い壁部材402が軸対称をなしており、畝及び谷は
下流側方向404に軸線に沿って延在しており、また高さ
及び深さ方向の点では半径方向に延在している。
5 and 6 show an axially symmetric three-dimensional diffuser 400.
Is shown to use the present invention. In this case, the corrugated thin wall member 402 is axisymmetric, the ridges and valleys extend along the axis in the downstream direction 404, and also in the radial direction at the height and depth points. Existence

また本発明は第7図及び第8図に示されている如き段
差部を有するディフューザに使用されてもよい。段差部
を有するディフューザはその末広角度の半分が90゜の如
き非常に急峻であるディフューザと看倣されてよい。こ
の種のディフューザは一般に、通路の流路断面積が段差
状に変化する(即ち急激に増大する)部分を含む導管で
ある。第7図及び第8図に於て、導管502内を下流側方
向へ流れる流体が矢印500により示されている。導管502
は断面長方形の入口部501と同じく断面長方形の出口部5
03とを有している。入口部は互いに他に対し平行であり
且下流側方向に平行な側壁504と、同じく下流側方向に
平行であり且互いに他に対し平行な上壁及び下壁507と
を有している。通路の流路断面積は平面508に於て段差
状に変化している。この不連続部は上壁及び下壁507に
のみ存在している。話壁504は出口部503の全長に亙り不
連続部を越えた領域に於ても平行な状態を維持してい
る。
The present invention may also be used in a diffuser having a step as shown in FIGS. 7 and 8. A diffuser having a step may be regarded as a diffuser in which half of the divergence angle is very steep such as 90 °. This kind of diffuser is generally a conduit including a portion in which the flow passage cross-sectional area of the passage changes stepwise (that is, increases rapidly). In FIGS. 7 and 8, the fluid flowing in the conduit 502 in the downstream direction is indicated by arrow 500. Conduit 502
Is an outlet section 5 with a rectangular cross section like the inlet section 501 with a rectangular cross section
03. The inlet portion has a side wall 504 parallel to each other and parallel to the downstream side, and an upper wall 507 and a lower wall 507 also parallel to the downstream side and parallel to each other. The flow passage cross-sectional area of the passage changes in a plane on the plane 508. This discontinuity exists only in the upper wall and the lower wall 507. The talk wall 504 maintains a parallel state over the entire length of the outlet portion 503 even in a region beyond the discontinuous portion.

第2図及び第3図に示された波形プレートと同様の波
形プレート510が上壁及び下壁507に近接して配置され且
これらの壁より支持されている。波形プレートより平面
508までの距離Dは実質的に0より谷の深さの2倍まで
の範囲でなければならず、谷の深さの1乃至2倍である
ことが好ましい。
Corrugated plates 510, similar to the corrugated plates shown in FIGS. 2 and 3, are located proximate and supported by upper and lower walls 507. Flatter than corrugated plate
The distance D to 508 should be substantially in the range of 0 to twice the depth of the valley, preferably 1 to 2 times the depth of the valley.

第7図に示されている如き段差状のディフューザに於
ては、波形プレートは流体の流れをディフューザの壁面
に付着した状態に維持することができないが、プレート
は平面508より流体の流れが上壁及び下壁に再付着する
位置までの距離を低減することができる。即ち段差状の
ディフューザの損失は少なくとも波形プレートを使用し
ない場合の損失よりも小さい。またこの実施例に於て
は、二つの波形プレートが上壁及び下壁に近接した位置
に配置されているが、一つの大きい(振幅の点で)プレ
ートによっても効果が得られる。
In a stepped diffuser such as that shown in FIG. 7, the corrugated plate cannot keep the fluid flow attached to the diffuser walls, but the plate has a fluid flow above plane 508. It is possible to reduce the distance to the position where the wall and the lower wall are redeposited. That is, the loss of the step diffuser is at least smaller than the loss when the corrugated plate is not used. Also, in this embodiment, two corrugated plates are located close to the top and bottom walls, but one large (in terms of amplitude) plate can also be effective.

本願出願人と同一の出願人の出願にかかる特願昭62−
336823号明細書には、本願の波形プレートと同様であっ
て、両側に流体が流れる壁を横切る方向の熱伝達を改善
するための熱伝達装置に使用される波形プレートが記載
されている。本願の第9図及び第10図は上述の特許出願
の第8図及び第9図にそれぞれ対応しており、矢印804
の方向に流体を搬送する導管802内に配置された波形の
壁部材800を示している。第10図に最もよく示されてい
る如く、プレート800は直径方向に沿って導管を実質的
に横切る方向に延在している。プレート800の下流側部
分の畝及び谷はその下流側に互いに隣接し且互いに逆方
向に回転する渦流806及び808を形成し、これらの渦流は
導管の内壁面810より熱的境界層を擦り取り、導管の中
央部を流れる流体を導管の壁面に近接して流れる流体と
混合する。このことにより究極的には導管802内の流体
と導管の周囲の流体との間の熱エネルギの交換を行わせ
る目的で、流体と導管802の壁との間の熱伝達係数が増
大される。第9図に示されている如く、複数個の波形プ
レート800が導管の全長に亘り熱伝達率を改善する所定
の距離にて導管の軸線に沿って互いに隔置された状態で
導管内に配置される。勿論このことは、各プレート800
により形成される渦流が壁との摩擦や粘性効果に起因し
て消失するために必要とされる。
Japanese Patent Application No. SHO 62- filed by the same applicant as the applicant of the present application
No. 336823 describes a corrugated plate similar to the corrugated plate of the present application and used in a heat transfer device to improve heat transfer across a fluid flow wall on both sides. FIGS. 9 and 10 of the present application correspond to FIGS. 8 and 9 of the above-mentioned patent application, respectively, and are indicated by arrow 804.
Figure 7 shows a corrugated wall member 800 positioned within a conduit 802 that carries fluid in the direction of. As best shown in FIG. 10, plate 800 extends diametrically in a direction substantially transverse to the conduit. The ridges and valleys in the downstream portion of the plate 800 form vortices 806 and 808 adjacent to each other and rotating in opposite directions downstream of the plate 800, which rub off the thermal boundary layer from the inner wall surface 810 of the conduit. , Mixing the fluid flowing in the central portion of the conduit with the fluid flowing close to the wall of the conduit. This ultimately increases the heat transfer coefficient between the fluid in the conduit 802 and the wall of the conduit 802 for the purpose of effecting heat energy exchange between the fluid in the conduit 802 and the fluid surrounding the conduit. As shown in FIG. 9, a plurality of corrugated plates 800 are spaced within the conduit along the axis of the conduit at a distance that improves the heat transfer coefficient over the length of the conduit. To be done. Of course, this means that each plate 800
It is necessary for the eddy current formed by the vanishing to disappear due to friction with the wall and viscous effects.

本発明は熱伝達装置に関するものではないが、波形プ
レートの下流側に於ける導管の拡散部内の流体の動的流
れに影響を及ぼす目的で、導管内に配置された同一の波
形プレートを使用するものである。本願発明者等は、か
かるプレートは大きいスケールの渦流を形成し、これに
より境界層が付勢されてディフューザの性能が改善さ
れ、流体バルクの流れに垂直な方向、即ち導管を横切
る方向の流体バルクの混合が向上され、このことによっ
てもディフューザの性能が改善されることを見出した。
The present invention does not relate to heat transfer devices, but uses the same corrugated plate located in the conduit for the purpose of affecting the dynamic flow of fluid in the diffusion of the conduit downstream of the corrugated plate. It is a thing. We have found that such a plate creates a large scale vortex, which urges the boundary layer to improve the performance of the diffuser and results in a fluid bulk in a direction perpendicular to the fluid bulk flow, i.e. transverse to the conduit. It has been found that the mixing is improved and this also improves the performance of the diffuser.

本発明の壁部材の一つの特定の用途は自動車等のため
の触媒コンバータ装置である。かかるコンバータ装置が
第11図及び第12図に於て符号900により全体的に示され
ている。コンバータ装置900は円筒形のガス供給導管902
と、断面楕円形のガス受取り導管904と、これらの間に
設けられた遷移導管であるディフューザ906とを含んで
いる。流体バルクの流れ方向が矢印905により示されて
おり、供給導管902の軸線907に平行である。ディフュー
ザ906は供給導管の断面円形の出口908より受取り導管90
4の断面実質的に楕円形の入口910まで延在している。受
取り導管は内部に図には示されていない触媒床を保持し
ている。触媒床はハニカム状のモノリスであることとが
好ましく、ハニカムセルは下流側方向に平行である。モ
ノリスの入口端面は入口910に位置しているが、この入
口端面は供給導管の出口908と触媒との間に追加の拡散
のための距離が与えられるよう更に下流側の位置に移動
されてもよい。触媒コンバータのための触媒及び触媒床
の形態は当技術分野に於てよく知られている。
One particular application of the wall member of the present invention is in catalytic converter devices for automobiles and the like. Such a converter device is shown generally at 900 in FIGS. 11 and 12. The converter device 900 is a cylindrical gas supply conduit 902.
And a gas receiving conduit 904 having an elliptical cross section and a diffuser 906 which is a transition conduit provided therebetween. The flow direction of the fluid bulk is indicated by the arrow 905 and is parallel to the axis 907 of the supply conduit 902. The diffuser 906 receives a conduit 90 from a circular outlet 908 of the supply conduit.
4 extends to an inlet 910 that is substantially oval in cross section. The receiving conduit holds a catalyst bed (not shown) therein. The catalyst bed is preferably a honeycomb-shaped monolith, and the honeycomb cells are parallel to the downstream direction. The inlet end face of the monolith is located at the inlet 910, although this inlet end face may be moved further downstream to provide additional diffusion distance between the outlet 908 of the feed conduit and the catalyst. Good. Catalyst and catalyst bed morphologies for catalytic converters are well known in the art.

第12図に最もよく示されている如く、拡散は楕円の長
軸912の方向にのみ生じる。楕円の短軸は供給導管の出
口908の直径に等しい一定の長さである。かくしてこの
実施例のディフューザ906は二次元ディフューザであ
る。供給導管902内には複数個の互いに平行な谷を有す
る波形プレート914が配置されている。プレート914は断
面楕円形のガス受取り導管804の長軸912に垂直な径方向
の平面に実質的に沿って導管902を横切る方向に延在し
ている。プレート914はその側縁920に於て導管902に取
付けられている。谷の側壁924はプレートの波形の下流
側エッジ922に於て互いに他に対し平行であることが好
ましく、また楕円の長軸912に平行であることが好まし
い。プレートの最適の大きさ及び形態は本発明の教示内
容をガイドラインとして使用する実験により求められる
必要があるが、プレートの一方の側に少なくとも二つの
完全な谷が存在しなければならず(第12図の実施例に於
ては三つの谷が設けられている)、谷はそれらの下流側
エッジに於て導管内の空間の比較的大きい割合に等しい
深さを有していなければならないものと考えられる。ま
た最良の結果は谷の深さ方向が拡散の主要な方向に平行
である場合に得られるものと考えられるが、拡散の改善
はプレート914が第12図に示された方向に対し垂直な方
向の如きほぼ任意の方向に配向された場合にも得られる
ものと考えられる。
As best shown in FIG. 12, diffusion occurs only in the direction of the major axis 912 of the ellipse. The minor axis of the ellipse has a constant length equal to the diameter of the outlet 908 of the feed conduit. Thus, the diffuser 906 in this embodiment is a two-dimensional diffuser. Within the supply conduit 902 is a corrugated plate 914 having a plurality of parallel valleys. The plate 914 extends transversely to the conduit 902 substantially along a radial plane perpendicular to the major axis 912 of the gas receiving conduit 804 having an elliptical cross section. Plate 914 is attached to conduit 902 at its side edge 920. The valley sidewalls 924 are preferably parallel to each other at the corrugated downstream edge 922 of the plate and are preferably parallel to the major axis 912 of the ellipse. The optimum size and morphology of the plate should be determined by experimentation using the teachings of the present invention as a guideline, but there must be at least two complete troughs on one side of the plate (12th (Three troughs are provided in the illustrated embodiment), the troughs must have a depth at their downstream edges equal to a relatively large proportion of the space in the conduit. Conceivable. It is also believed that best results are obtained when the valley depth direction is parallel to the principal direction of diffusion, but improved diffusion is obtained when the plate 914 is perpendicular to the direction shown in FIG. It is considered that it can be obtained even when it is oriented in almost any direction such as.

第11図及び第12図の導管902が2.0in(5.1cm)の直径
を有しているものとすれば、プレート914の寸法は15゜
の谷の傾斜角θ、1.0in(2.5cm)の波の振幅A、約0.30
in(0.76cm)の谷の幅W、約30mil(7.6mm)のプレート
の厚さである。
Assuming that the conduit 902 in FIGS. 11 and 12 has a diameter of 2.0 in (5.1 cm), the dimensions of the plate 914 are 15 ° valley inclination angle θ, 1.0 in (2.5 cm). Wave amplitude A, about 0.30
It has a valley width W of in (0.76 cm) and a plate thickness of about 30 mil (7.6 mm).

第13図及び第14図は触媒コンバータ装置の他の一つの
実施例を示している。このコンバータ装置は図に於て符
号950により全体的に示されており、円筒形のガス供給
導管952と、断面楕円形のガス受取り導管954と、これら
の間に設けられた遷移導管であるディフューザ956とを
含んでいる。流体バルクの流れ方向が矢印958により示
されており、供給導管の軸線960に平行である。ディフ
ューザ956は供給導管の断面円形の出口962より延在し、
受取り導管の断面楕円形の入口964まで滑らかに接続さ
れており、受取り導管は内部に図には示されていない触
媒床を保持しており、該触媒床の入口端面は入口964の
平面に対応している。
13 and 14 show another embodiment of the catalytic converter device. The converter system is generally designated by the numeral 950 in the figure and includes a cylindrical gas supply conduit 952, an oval cross-section gas receiving conduit 954, and a diffuser which is a transition conduit interposed therebetween. Includes 956 and. The flow direction of the fluid bulk is indicated by arrow 958 and is parallel to the axis 960 of the feed conduit. The diffuser 956 extends from the circular outlet 962 of the supply conduit,
The receiving conduit is smoothly connected to an inlet 964 having an elliptical cross section, and the receiving conduit holds therein a catalyst bed (not shown), the inlet end face of which corresponds to the plane of the inlet 964. doing.

この実施例に於ては、コンバータ装置は第2図及び第
3図に示された二次元ディフューザと同様であるものと
見倣される。かくして供給導管952内には一対の僅かに
湾曲した波形プレート966が配置されており、これらの
プレートは断面楕円形の受取り導管の短軸968に平行で
あり且長軸970に垂直な形方向の線に実質的に平行な方
向に導管を横切って延在している。プレート966は供給
導管の表面に近接してこれより隔置された状態に配置さ
れており、形方向の線、即ち軸線968の上下に配置され
ている。
In this embodiment, the converter arrangement is considered to be similar to the two-dimensional diffuser shown in FIGS. 2 and 3. Thus disposed within the supply conduit 952 is a pair of slightly curved corrugated plates 966 which are oriented parallel to the minor axis 968 of the receiving conduit of elliptical cross section and perpendicular to the major axis 970. It extends across the conduit in a direction substantially parallel to the line. Plates 966 are positioned proximate to and spaced from the surface of the feed conduit and are positioned above and below the contour line, or axis 968.

平面972は波形プレート966が使用されない場合に二次
元的な流れ方向の境界層の剥離が生じるディフューザ95
6に沿う軸線方向の位置を示している。波形の下流側エ
ッジ974は流体の流れの剥離を平面972を越えた位置に遅
延させるべく平面972よりその上流側に隔置されなけれ
ばならない。最良の結果は、距離Dがプレート966の最
大振幅の約1〜2倍である場合に得られるものと考えら
れる。このことにより波形プレートにより形成された大
きいスケールの渦流がそれらが平面972の位置に到達す
る前に十分に発達した状態になることを可能にする或る
距離が与えられる。
Plane 972 is a diffuser 95 where two-dimensional flow direction boundary layer separation occurs when corrugated plate 966 is not used.
The axial position along 6 is shown. The corrugated downstream edge 974 must be spaced upstream of plane 972 to delay separation of fluid flow beyond plane 972. Best results are believed to be obtained when the distance D is about 1-2 times the maximum amplitude of the plate 966. This provides a distance that allows the large scale vortices formed by the corrugated plates to reach their fully developed state before reaching the location of plane 972.

この実施例に於ては、上部プレート及び下部プレート
966の波形は互いに位相がずれた状態にある。波形は第
7図及び第8図の実施例に示されている如く同相の状態
にあってもよく、その場合には発生された渦流が互いに
結合し、これにより更に流体の混合が向上される。供給
導管952の直径が2in(5.1cm)であるものと仮定すれ
ば、各プレート966の最大の振幅は約0.5〜0.75in(1.3
〜1.9cm)であることが好ましい。
In this embodiment, the upper and lower plates
The waveforms of 966 are out of phase with each other. The corrugations may be in phase, as shown in the embodiment of FIGS. 7 and 8, in which case the vortices generated will couple to each other, further improving fluid mixing. . Assuming the supply conduit 952 has a diameter of 2 in (5.1 cm), the maximum amplitude of each plate 966 is about 0.5-0.75 in (1.3 cm).
˜1.9 cm) is preferred.

以上に於ては本発明を特定の実施例について詳細に説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施例が可能で
あることは当業者にとって明らかであろう。
Although the present invention has been described in detail with reference to specific embodiments, the present invention is not limited to these embodiments, and various other embodiments are possible within the scope of the present invention. Some will be apparent to those skilled in the art.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図はベース抗力を低減するために波形プレートを使
用することを示す解図である。 第1A図は第1図の線1A−1Aに沿う断面図である。 第2図は本発明の特徴が組込まれた二次元ディフューザ
を示す断面図である。 第3図は第2図の線3−3に沿う断面図である。 第4図は第2図及び第3図に示された本発明の一つの実
施例及び従来技術について行われた試験の結果を示すグ
ラフである。 第5図は本発明の特徴が組込まれた軸対称のディフュー
ザの断面図である。 第6図は第5図の線6−6に沿う矢視図である。 第7図は本発明の特徴が組込まれた二次元段差状ディフ
ューザを示す断面図である。 第8図は第7図の線8−8に沿う矢視図である。 第9図は本願出願人と同一の出願人の出願にかかる特願
昭63− 号に従って熱交換器の用途に波形
プレートを使用することを示す解図である。 第10図は第9図の線10−10に沿う矢視図である。 第11図は本発明の特徴が組込まれた触媒コンバータ装置
をその一部を破断して示す解図である。 第12図は第11図の線12−12に沿う断面図である。 第13図は本発明の特徴が組込まれた触媒コンバータ装置
の他の一つの実施例をその一部を破断して示す解図。 第14図は第13図の線14−14に沿う断面図である。 200……物品,202……上面,206……端面,208……剥離線,
210……波状の壁部材(波形プレート),212……支持部
材,214……リーディングエッジ,216……トレーリングエ
ッジ,218……上面,220……下面,222……谷,224……畝,2
26……谷,228、230……渦流,232……谷,234……渦流,23
6……谷,238……渦流,300……導管,302……流体供給部,
304……ディフューザ部,308……側壁,312……入口,314
……波形プレート,316……上壁,318……下壁,320……
脚,322……渦流,400……ディフューザ,402……壁部材,5
02……導管,501……入口部,503……出口部,504……側
壁,507……上壁及び下壁,800……波形プレート,802……
導管,806、808……渦流,810……内壁面,900……触媒コ
ンバータ装置,902……ガス供給導管,904……ガス受取り
導管,906……ディフューザ,908……出口,910……入口,9
12……長軸,914……波形プレート,920……側縁,922……
下流側エッジ,924……谷の側壁,950……触媒コンバータ
装置,952……ガス供給導管,954……ガス受取り導管,956
……ディフューザ,962……出口,964……入口,966……波
形プレート,968……短軸,970……長軸,974……下流側エ
ッジ
FIG. 1 is a solution showing the use of corrugated plates to reduce base drag. FIG. 1A is a cross-sectional view taken along line 1A-1A of FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a two-dimensional diffuser incorporating the features of the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line 3-3 of FIG. FIG. 4 is a graph showing the results of tests conducted on one embodiment of the present invention shown in FIGS. 2 and 3 and the prior art. FIG. 5 is a cross-sectional view of an axisymmetric diffuser incorporating features of the present invention. FIG. 6 is a view taken along the line 6-6 in FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view showing a two-dimensional step diffuser incorporating the features of the present invention. FIG. 8 is a view taken along the line 8-8 in FIG. FIG. 9 is a solution diagram showing the use of a corrugated plate for heat exchanger applications according to Japanese Patent Application No. 63-63 filed by the same applicant as the present applicant. FIG. 10 is a view taken along the line 10-10 in FIG. FIG. 11 is a partial cutaway view of a catalytic converter device incorporating the features of the present invention. FIG. 12 is a sectional view taken along line 12-12 in FIG. FIG. 13 is a partial cutaway view showing another embodiment of the catalytic converter device incorporating the features of the present invention. FIG. 14 is a sectional view taken along the line 14-14 in FIG. 200 …… Article, 202 …… Top surface, 206 …… End surface, 208 …… Peeling line,
210 …… corrugated wall member (corrugated plate), 212 …… support member, 214 …… leading edge, 216 …… trailing edge, 218 …… upper surface, 220 …… lower surface, 222 …… valley, 224 …… ridge , 2
26 …… Valley, 228, 230 …… Eddy current, 232 …… Valley, 234 …… Eddy current, 23
6 …… Valley, 238 …… Vortex flow, 300 …… Conduit, 302 …… Fluid supply section,
304 …… Diffuser part, 308 …… Side wall, 312 …… Inlet, 314
...... Corrugated plate, 316 …… Upper wall, 318 …… Lower wall, 320 ……
Legs, 322 …… Eddy current, 400 …… Diffuser, 402 …… Wall member, 5
02 …… conduit, 501 …… inlet, 503 …… outlet, 504 …… side wall, 507 …… upper and lower walls, 800 …… corrugated plate, 802 ……
Conduit, 806, 808 ... Eddy current, 810 ... Inner wall surface, 900 ... Catalytic converter device, 902 ... Gas supply conduit, 904 ... Gas receiving conduit, 906 ... Diffuser, 908 ... Outlet, 910 ... Inlet , 9
12 …… long axis, 914 …… corrugated plate, 920 …… side edge, 922 ……
Downstream edge, 924 …… Valley side wall, 950 …… Catalytic converter device, 952 …… Gas supply conduit, 954 …… Gas receiving conduit, 956
...... Diffuser, 962 …… Outlet, 964 …… Inlet, 966 …… Corrugated plate, 968 …… Short axis, 970 …… Long axis, 974 …… Downstream edge

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マイケル・ジョセフ・ワール アメリカ合衆国コネチカット州、ウェス ト・ハートフォード、ポーター・ドライ ヴ 4 (72)発明者 ロバート・ハーマン・イールバ アメリカ合衆国ミシガン州、グロス・ポ イント・ファームズ、モラン・ロード 136 (56)参考文献 特開 昭55−72901(JP,A) 特開 昭62−283203(JP,A) 特開 昭62−275896(JP,A) 実開 昭56−25002(JP,U) ─────────────────────────────────────────────────── ———————————————————————————————————————————————————————————————————————–———————————————————————————————————————————————————————————————————−− Dec at at at 37 am・ Farms, Moran Road 136 (56) Reference JP-A-55-72901 (JP, A) JP-A-62-283203 (JP, A) JP-A-62-275896 (JP, A) Actual development Sho-56- 25002 (JP, U)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】第一の断面を有する流体の入口部と該第一
の断面より大きい第二の断面を有する出口部とを含む流
体流路を郭定する壁装置と、前記流体流路の前記入口部
内に該入口部に於ける流体の流れに実質的に沿う方向に
延在し且つ該入口部を郭定する前記壁装置の内壁面より
隔置されることにより該入口部内を流れる流体が両側の
表面に沿って流れるよう構成された板部材を含む渦発生
装置とを有し、前記板部材はその両表面に沿って流れる
流体流の方向に各々延在する複数の交互の畝及び谷を郭
定する交互にU字形に形成された波状部を有しており、
該波状部の畝及び谷の高さはその延在長さの少なくとも
一部に於いて流体の流れ方向に次第に増大しており、こ
れによって前記板部材の一方の側に形成された前記谷の
各々を通って流れた流体流は該板部材の他方の側に形成
された前記谷の各々を通って流れた流体流と該板部材の
出口にて横方向に干渉し、該板部材を出る流体流中に渦
を形成するようになっていることを特徴とするディフュ
ーザ。
1. A wall device for defining a fluid flow path including an inlet part of a fluid having a first cross section and an outlet part having a second cross section larger than the first cross section; Fluid flowing in the inlet portion by being spaced apart from the inner wall surface of the wall device extending in the direction substantially along the flow of the fluid in the inlet portion and defining the inlet portion. A vortex generator including plate members configured to flow along both surfaces, said plate member comprising a plurality of alternating ridges each extending in the direction of fluid flow along both surfaces thereof. It has wavy parts that are formed in alternating U-shape to define the valley,
The height of the ridges and valleys of the corrugated portion gradually increases in the direction of fluid flow at least at a part of the extending length thereof, whereby the height of the valleys formed on one side of the plate member is increased. The fluid flow flowing through each laterally interferes with the fluid flow flowing through each of the valleys formed on the other side of the plate member at the outlet of the plate member and exits the plate member. A diffuser characterized by forming a vortex in a fluid flow.
【請求項2】第一の断面を有する流体の入口部と該第一
の断面より大きい第二の断面を有する触媒格納部とを含
む流体流路を郭定する壁装置と、前記流体流路の前記入
口部内に該入口部に於ける流体の流れに実質的に沿う方
向に延在し且つ該入口部輪郭定する前記壁装置の内壁面
より隔置されることにより該入口部内を流れる流体が両
側の表面に沿って流れるよう構成された板部材を含む渦
発生装置とを有し、前記板部材はその両表面に沿って流
れる流体流の方向に各々延在する複数の交互の畝及び谷
を郭定する交互にU字形に形成された波状部を有してお
り、該波状部の畝及び谷の高さはその延在長さの少なく
とも一部に於いて流体の流れ方向に次第に増大してお
り、これによって前記板部材の一方の側に形成された前
記谷の各々を通って流れた流体流は該板部材の他方の側
に形成された前記谷の各々を通って流れた流体流と該板
部材の出口にて横方向に干渉し、該板部材を出る流体流
中に渦を形成するようになっていることを特徴とする触
媒コンバータ用ハウジング装置。
2. A wall device for defining a fluid flow path including a fluid inlet portion having a first cross section and a catalyst storage portion having a second cross section larger than the first cross section, and the fluid flow path. Fluid flowing in the inlet portion of the wall device extending in a direction substantially along the flow of the fluid in the inlet portion and spaced from the inner wall surface of the wall device defining the inlet portion A vortex generator including plate members configured to flow along both surfaces, said plate member comprising a plurality of alternating ridges each extending in the direction of fluid flow along both surfaces thereof. The corrugation has alternating corrugated portions that define a valley, and the heights of the ridges and valleys of the corrugated portion gradually increase in the fluid flow direction in at least a part of the extending length thereof. Through each of the valleys formed on one side of the plate member The generated fluid flow laterally interferes with the fluid flow flowing through each of the valleys formed on the other side of the plate member at the outlet of the plate member, A housing device for a catalytic converter, which is adapted to form a vortex.
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