JPH08508071A - 開放流の流体分岐方法及び流体作動流路分岐 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 或る運動量を有する少なくとも一つの真直主流と、一つ又はいくつかの支流とを備えた開放流を流体的に分岐する方法が開示されている。特に、この方法は主流の大きさよりも小さい大きさの運動量を有する流れが主流と支流との間に配置された共通の隅部に向けられていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】 開放流の流体分岐方法及び流体作動流路分岐 本発明は、固有運動量の少なくとも一つの真直主流と、一つ又はそれ以上の支 流とを有する開放流の流体分岐方法に関するものである。 本発明の主題は、開放流路内の液体、特に水の配分のための流体作動流路分岐 にある。 本発明の主題は、結局、流体工学，住宅給水及び潅漑技術における方法の使用 及び流路分岐の使用にある。 開放流路の流路分離は、水力学の高度に固有の使用において、すなわち水が配 分されなければならない場合に遭遇される。この問題は、流体工学と住宅給水と 潅漑技術において起こる。一方、潅漑システムにおいては、水は畑に配分されな ければならず、また汚水分野においては、水はしばしば配分流路によって長手側 の溜池に配分されなければならない。すべての使用において、均等な配分の格別 な特徴が中心の役割を演じる。しかし、従来の流路分岐の大きな欠点は、水の均 等な又は制御自在の配分が分離現象及び曲折の影響のために今までは不可能であ った。更に、錯綜した現象が基本的な分析を大きく回避してきた。 分岐問題は、貫流配分、すなわち横方向に発散する流路分岐と連続流路分岐に おける貫流の比が主に複雑にしている。支流の効果は、幅比ｂａ／ｂｏ（ｂａは 分岐流路の幅、ｂｏは上流流路の幅），分規角β，貫流比ｑ＝Ｑａ／Ｑｏ（Ｑａ は分岐流路の流量、Ｑｏは流入流量）によって永続的に影響を受ける。 分離流の流量比は、分岐流路の内側にある淀み領域と、下流流路の外側にある 不明確な分離領域とを有している。更に、底分離を伴う代表的な淀み流は分流縁 において形成される。液面上の分離流線が分流縁に向かう二つの分岐間でほぼ軸 方向に走り、一方、後者は底壁上で下流流路内に延びる。これは、分離領域と同 調し且つ分岐流路の方向に底流を誘発する二次流を発生させる。液面上では外側 に向かって流れそして、底ではそれ故に内側の方向に螺旋二次流が初期流に重畳 される。曲折の中心方向への水位の低下が同様に代表的である。 本発明の目的は、開放流の流体分岐方法を簡単にし、可能ならば水位，流入量 ，分岐角及び流路幅に拘らず、より有効で且つよりよい自在制御にすることにあ る。 また本発明の目的は、開放流路内の水の配分構造の意味で流体作動流路分岐を 簡単にし、同時に、水位，流入量，分岐角及び流路幅に拘らず、よりよい制御自 在の配分を保証することにある。 開放流の流体分岐のための最初に述べた方法において、このことは、主流の運 動量よりも小さい大きさの運動量を有する運動量流が主流と支流との間で共通の 隅部に向けられていることにおいて達成される。 この運動量流は、好ましくは主流の運動量の百分の１に等しい。 そのような小運動量流の結果として、分岐流が制御自在に主流のその部分にお いて分岐流へと進み、全体として曲折壁を圧迫するようになり且つ処理量を損な う二次流及び淀み領域なしに分岐流路内に分流を移すことは驚異的である。 本発明によれば、開放流路中の液体、特に水の分配を行う流体作動流路分岐は 、以下の構成を備えている。 ａ）上流流路と分岐流路との間で特に円弧の形体で丸くなった共通隅部と、 ｂ）隅部に向かって収束し且つ該隅部に向けて誘導する上流流路の壁に対向して 延びる壁と、 ｃ）該壁が前記隅部と共に流出ギャップを形成し、コアンダ効果の利用によって 現れる運動量流が壁ジェットとして前記丸い隅部の縁取りを圧迫するようになる こと。 方法の発展において、主流用の壁が、樋状に分流壁内に、すなわち支流用壁内 に丸く広げられている分岐点の上流を併合している。 変向させるために、コアンダ効果がより高いポテンシャルエネルギを有する運 動流量によって都合良くもたらされる。 前記ジェットが外部エネルギを使用せずにギャップまで形成し、このギャップ から現れそして曲折壁を圧迫し、その結果流れパターンを均等に変形するように 誘発される。 本発明の発展においては、前記小運動量ジェットが外部運動量として外部水と 共に供給される。例えば、これは、主流の壁の外側で例えば後者に平行に、外部 運動量、例えば外部水流が丸い隅部の領域内に案内され、次いで隅部の周りで部 分流を案内する機能をなすように、起こすことができる。 流路分流中の濡れた媒体、特に水の所望の分割が流出運動量の大きさに基づい て制御され得るならば、それは特に有用である。 丸い隅部における変向角αが分岐角βに対応し可変であるように、流路分岐が 設計され得る。異なる流出ギャップ寸法が成形され得る。 上流流路内の再流入壁は水深に亘って真直で且つ連続し得る。 流路の底に沿って特に大量の水を案内する目的を備えた固有の機能について、 例えば、端から見たときに壁がカップ形状に作られ、すなわち、頂部に おける大きいギャップ幅から底部における小さいギャップ幅に向かって二次曲線 的にテーパが付くように所望の構造によって所定の機能に基づいて水深に亘って 再流入壁を変形することが可能である。 例えば、格別な方法で運動量に影響を及ぼすために、例えば運動量の重心を下 げるために、主流の底において少量の水を有し且つ固有の理由で運動量流の底に おいて大量の水を有する目的の場合には、逆カップ形状の構造が設けられ、頂部 の小さなギャップ幅が逆放物線の形体で下方に広がっている。 所定の機能に基づいて、従って、変形が所望の構造に基づいて水深に亘って実 行されるべきである。 すべての場合において、丸い隅部が対向する挿入された壁を伴う流出ギャップ を形成することが重要である。 再流入隅部及び下流流路の狭幅化のような流路分岐の領域における種々の装備 又は他の構造上の手段によって、流路分岐内の水の均等な又は制御し得る分割を 達成するために、しかし流体手段によってではなく、いわゆるコアンダ効果を利 用することによって、いくつかの試みが既になされてきたことは否定できない。 公知のように、流路分岐の作動モードは、幅比Ｂａ／ｂｏ，分岐角β及び貫流 比ｐ＝Ｑａ／Ｑｏによって永続的に影響を受ける。この結果、下流流路内の水の 配分が一定に変化し、均等な配分がそれ故に得られないか又は最もまれな場合に おいてのみ得られる。本発明の手段は、驚異的な工程前進をここでは意味する。 本発明によって達成される利点は、特に、前記ギャップから現れ且つコアンダ 効果の利用によって丸い隅部の縁を圧迫するようになる液体ジェットによって水 の配分が制御され得るということである。分岐流路内へ貫通する壁 ジェットはこのようにして、従来の分岐流路に対比して、分離領域が分岐流路の 内側で成形できず、且つ淀み領域が下流流路の外側でも成形できないことを保証 する。全体の流路横断面に亘って見られるように、流れパターンが分離流線に関 連して均等に変形される。この流れパターンは分析的及び数値の演算ができる。 分岐流路及び下流流路へそれぞれ５０％の部分で水の分割のために、ギャップか ら現れジェットのこの目的で要求される運動量が主流の運動量の１／100のみで あることが必要であることが同様に非常に重要である。 一般に、曲折壁に向かうジェットの変向がコアンダ効果によって意味される。 圧迫するようになることは壁側に位置するジェット縁の領域における真空効果に 基づいている。開放流路によって自由レベル流路が意味される。 本発明の典型的な実施例がここに下記の添付図面を参照してより詳細に説明さ れる。 図１は第１実施例の概略平面図を示す。 図２ａ，２ｂ及び２ｃは図１の上流流路から見た端面図を示す。 図３〜５は図１の設計を変えた別の実施例を示す。 図１の実施例においては、Ｔ分岐が示されている。上流流路２内の再流入壁３ は、丸い隅部４までにゆがんで案内される。再流入壁３は、ゆがんで外方に延び ている上流流路の側壁５と共に、主流の上流流路の最初の幅ｂｏがほぼ復元する まで丸い隅部に向かってテーパが付いている小側壁６を形成する。上流流路の点 線に関連して、上流流路の外延側壁５は先ず真直から非常にわずかに曲げられ、 次いで丸い隅部４の遷移の上流が樋状設計を形成するためにより鋭く形成されて いる。この壁５はそれ故に不連続部をつくらずに外方に広げられている。それに よって形成された小側流路６内の水流は前記 ギャップ７の領域内で多少つくられる。これは再流入壁３と反対の丸い隅部４と の間に形成される狭い流出ギャップ７を通して起こる。 本発明によれば、図１において、水Ｑｏは矢印の向きにＴ分岐に向かって流れ る。再流入壁３は上流流路において流出ギャップまで側流路６内に維持される格 別の形成を生じる。しかし、正常の水深がＴ分岐の直接領域内で再びほぼ与えら れるので、側流路６と分岐流路１との間でポテンシャルの差が存在する。このポ テンシャル差は、液体ジェットを流出ギャップ７から現れさせ、そしてコアンダ 効果の結果として丸い隅部４に沿って分岐流路１内に流れさせる。この結果、Ｔ 分岐内で流れパターンの均等な変形が生じ、流出運動量に基づく水の所望の分割 が達成される。 図２ａ〜２ｃは、ジェットの流出運動量が制御され得る可能性によって、これ らの条件を変える可能性を示す。図２ａによれば、再流入壁３が水深に亘って真 直であるならば、図２ｂによれば、再流入壁が水深に亘ってカップ形状であるな らば、図２ｃによれば逆のカップ形状設計であるならば、流入量Ｑｏに基づいて 上流流路２に形成される差を生じ、従ってまたこれに基づいて可変のジェット流 出運動量を生じる。図２ａによれば水深に亘って貫流流量が側流路内で頂部から 底部まで同じであるならば、壁３の放物線設計の結果として、それは図２ｂに基 づいて減少し、図２ｃ（逆放物線）に基づいて増加する。 壁３はその壁において分離が生じないように挿入されている。 本発明に基づく発展において、再流入壁３は、側流路から主流路の流れを分離 するために、比較的薄い金属シートから成っていてもよい。特殊鋼は汚水流路の 場合に可能である。壁３のこのゆがみ又はテーパは、一般に所望の効果を発生す るように、主流の方向に対して８°以上傾斜してはならない。 図３は、分岐角が１０°〜１６０°の範囲内で変えられる場合に、採用され得 る本発明に基づく実施例を示しており、同一符号は同様な要素を示す。 図５は、幅ｂａ及び貫流Ｑａがそれぞれ示されている２つの分岐流路を備えた 実施例を示している。これは、外部エネルギ運動量Ｑｆを有する実施例であり、 その表示は各場合とも対称である。２つの流出ギャップ７は互いに反対に設けら れている。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 固有運動量の少なくとも一つの真直主流と一つ又はそれ以上の支流を有す る開放流の流体分岐方法であって、主流の運動量よりも小さい大きさの運動量を 有する運動量流が主流と支流との間で共通の隅部に向けられていることを特徴と する流体分岐方法。 ２． 運動量流が主流の運動量の１／100に等しいことを特徴とする請求項１に 記載の方法。 ３． 主流用の壁が、樋状に分岐壁（支流用壁）内に丸く広げられている分岐点 の上流を併合していることを特徴とする前記請求項のうちのいずれか１項に記載 の方法。 ４． 変向させるために、コアンダ効果が高ポテンシャルエネルギを有する運動 量流によってもたらされていることを特徴とする前記請求項のうちのいずれか１ 項に記載の方法。 ５． ギャップまで形成し、このギャップから現れ、曲折壁を圧迫し、その結果 流れパターンを均等に変形するように、ジェットが誘発されていることを特徴と する請求項４に記載の方法。 ６． 小運動量ジェットが外部運動量として外部水（Ｑｆ）と共に供給されるこ とを特徴とする前記請求項のうちのいずれか１項に記載の方法。 ７． 流路分流中の水の所望の分割が流出運動量の大きさに基づいて制御され得 ることを特徴とする前記請求項のうちのいずれか１項に記載の方法。 ８． 以下の構成を備えている開放流路中の液体、特に水の分配を行う流体作動 流路分岐 ａ）上流流路と分岐流路との間で特に円弧の形体で丸くなった共通隅部と、 ｂ）隅部（４）に向かって収束し且つ該隅部（４）に誘導する上流流路の壁に対 向して延びる壁（３）と、 ｃ）該壁（３）が前記隅部（４）と共に流出ギャップ（７）を形成し、コアンダ 効果の利用によって現れる運動量流が壁ジェットとして丸い隅部（４）の縁取り を圧迫するようになること。 ９． コアンダ効果を利用することによって流出ギャップ（７）から分岐流路（ １）に現れるジェットに変向を与えることを特徴とする請求項８に記載の流路分 岐。 １０． 丸い隅部（４）における変向角（α）が分岐角（β）に対応し、可変で あることを特徴とする請求項７〜９のうちのいずれか１項に記載の流路分岐。 １１． 異なる流出ギャップ寸法（７）が形成され得ることを特徴とする請求項 ８〜１０のうちのいずれか１項に記載の流路分岐。 １２． 上流流路（２）内の再流入壁（３）が所望の形成によって予め定められ た機能に基づいて水深に亘って変形されていることを特徴とする前記請求項のう ちのいずれか１項に記載の流路分岐。 １３． 端から見たときに壁（３）の形状がカップ形状（図２Ｂ）又は逆カップ 形状（図２Ｃ）であることを特徴とする請求項１２に記載の流路分岐。 １４． 外部運動量として外部水供給（Ｑｆ）がギャップ（７）から流出ジェッ トを発生することを特徴とする前記請求項のうちのいずれか１項に記載の流路分 岐。 １５． 丸い隅部に向かって誘導する上流流路（主流路の）の壁（５）が樋状（ ５）に戻されていることを特徴とする前記請求項のうちのいずれか１項に記載の 流路分岐。 １６． 真直部（６）からの遷移が先ず非常に僅かに曲げられ、次いで丸い隅 部（４）への遷移の上流が樋状を形成するようにより鋭く成形されていることを 特徴とする請求項１５に記載の流路分岐。 １７． 流体工学，住宅給水，潅漑技術における請求項１〜７のうちのいずれか １項に記載の方法の使用及び請求項８〜１６のうちのいずれか１項に記載の流路 分岐の使用。