KR960013199B1 - Automotive exhaust noise attenuator - Google Patents
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- B01F25/4322—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction with means for dividing the material flow into separate sub-flows and for repositioning and recombining these sub-flows; Cross-mixing, e.g. conducting the outer layer of the material nearer to the axis of the tube or vice-versa essentially composed of stacks of sheets, e.g. corrugated sheets
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- B01F2025/913—Vortex flow, i.e. flow spiraling in a tangential direction and moving in an axial direction
Abstract
내용없음No content
Description
제1도는 관련된 공유 미합중국 특허번호 제117,770호에 따라 베이스 트랙을 줄이기 위한 회전부재를 사용을 도시하는 투시도.1 is a perspective view showing the use of a rotating member to reduce the base track in accordance with the associated shared US Pat. No. 117,770.
제1A도는 제1도의 1A-1A방향에서 취한 도면.1A is a view taken from the direction of 1A-1A in FIG.
제2도는 본 발명의 특성을 포함하는 2차원 디퓨져의 단면도.2 is a cross-sectional view of a two-dimensional diffuser incorporating features of the present invention.
제3도는 제2도의 3-3방향에서 취한 도면.3 is a view taken from the direction 3-3 of FIG.
제4도는 종래 기술 뿐만 아니라 제2도 및 제3도에 도시된 본 발명의 실시예에 대한 테스트 결과를 도시하는 그래프.4 is a graph showing test results for the embodiment of the present invention shown in FIGS. 2 and 3 as well as the prior art.
제5도는 본 발명의 특성들을 포함하는 축대칭 디퓨져의 단면도.5 is a cross-sectional view of an axisymmetric diffuser incorporating features of the present invention.
제6도는 제5도의 6-6 방향에서 취한 도면.6 is a view taken from the 6-6 direction of FIG.
제7도는 본 발명의 특성을 포함하는 2차원 계단식 디퓨져의 단면도.7 is a cross-sectional view of a two-dimensional stepped diffuser incorporating features of the present invention.
제8도는 제7도의 8-8 방향으로 취한 도면.8 is a view taken in the 8-8 direction of FIG.
제9도는 관련된 공유 미합중국 특허 출원 제947,349호의 지식에 따라 열교환기를 응용하는데에 있어서 평판을 사용하는 것을 도시한다.9 illustrates the use of a plate in the application of a heat exchanger in accordance with the knowledge of related shared US patent application no. 947,349.
제10도는 제9도의 선 10-10을 따라 취한 단면도.FIG. 10 is a sectional view taken along line 10-10 of FIG.
제11도는 본 발명의 특성을 포함하는 전환 시스템의 단면도.11 is a cross-sectional view of a conversion system incorporating features of the present invention.
제12도는 제11도의 12-12 방향에서 취한 도면.FIG. 12 is a view taken along the 12-12 direction of FIG.
제13도는 본 발명의 특성들을 포함하는 촉매 전환 시스템의 다른 실시예를 보여준다.Figure 13 shows another embodiment of a catalytic conversion system incorporating the features of the present invention.
제14도는 제13도의 선 14-14를 따라 취한 도면.FIG. 14 is taken along line 14-14 of FIG.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
200 : 물품202 : 상부표면200: article 202: upper surface
206 : 무딘 베이스 또는 단부표면208 : 분리선206: blunt base or end surface 208: separation line
210 : 회전 벽 부재 또는 평판212 : 지지부재 또는 이격대210: rotating wall member or plate 212: support member or spacer
214 : 유입가장자리부216 : 뒷 가장자리부214: inlet edge portion 216: rear edge portion
218 : 상부표면220 : 하부표면218: upper surface 220: lower surface
22 : U형 골224 : U형 로브22: U-shaped goal 224: U-shaped lobe
228 : 소용돌이228: vortex
본 발명은 디퓨져와 관계된 것이다.The present invention relates to a diffuser.
디퓨져는 기술 분야에서 잘 알려진 것이다. 웹스터의 뉴칼리지 사전(Webster's New Collegiate Dictionary, 1981)은 디퓨져를 시스템을 통과하는 유체의 속도를 줄이고, 정압을 증가시키기 위한 기기로 정의한다. 본 발명은 출구의 유동단면적보다 작은 입구 유동단면적을 가진 가장 전형적인 디퓨져에 관한 것이다. 디퓨져가 유속을 줄이고 유압을 증가시키기 위해서 특히 사용될 수 있지만, 때로는 다른 지름을 가지고 있는 파이프등을 연결하기 위한 것과 같이 통로의 유동 단면적을 늘리기 위한 물리적 필요에 따라 단순히 사용된다.Diffusers are well known in the art. Webster's New Collegiate Dictionary (1981) defines a diffuser as a device for reducing the velocity of fluid through a system and increasing static pressure. The present invention relates to the most typical diffuser having an inlet flow cross-sectional area that is smaller than the flow cross-sectional area of the outlet. Diffusers can be used in particular to reduce the flow rate and increase the hydraulic pressure, but sometimes they are simply used according to the physical needs to increase the flow cross-sectional area of the passage, such as for connecting pipes of different diameters.
이후에 발명의 상세한 설명이나 특허청구범위에서 사용되는 것처럼, 디퓨져는 출구 유동단면적보다 작은 입구 유동단면적을 가지고 있으며, 주 유동방향에서 유속을 감소시키고 정압을 증가시키는 유동운반통로를 의미한다.As used later in the description or claims, the diffuser has an inlet flow cross-sectional area that is smaller than the outlet flow cross-sectional area, and refers to a flow transport passage that reduces the flow rate and increases the static pressure in the main flow direction.
만일 디퓨져의 벽이 주 유동방향에 대하여 너무 가파르다면, 유선방향으로, 2차원 경계층분리가 발생할 수 있다. 본 발명의 상세한 설명이나 특허청구범위에서 사용되는 대로 유선방향의 2차원 경계층 분리는 몸체의 표면에서 부터 총 유체를 분리하는 것을 의미하고, 총 유체 유동방향의 반대방향에서 움직이는 벽 근처의 유동이 된다. 그러한 분리는 고 손실, 저 압력 회복 및 낮은 속도 저하가 발생하게 된다. 이것이 발생할 때, 디퓨져는 실속되었다고 이야기 한다. 경계층에서의 모우멘텀이 벽을 따라 하류로 내려감에 따라 압력증가를 극복하지 못할 때, 실속은 디퓨져에서 발생하게 되고, 그 점에서 벽근처의 유속은실제적으로 방향을 바꾸게 한다. 경계층상의 그 점에서부터 벽에 부착되어 유지될 수 없고, 그 하류의 분리 지역이 창출되게 된다.If the wall of the diffuser is too steep with respect to the main flow direction, two-dimensional boundary layer separation may occur in the streamlined direction. As used in the description or claims of the present invention, two-dimensional boundary layer separation in the streamlined direction means separating the total fluid from the surface of the body, which is the flow near the wall moving in the opposite direction of the total fluid flow direction. . Such separation will result in high losses, low pressure recovery and low speed drops. When this happens, the diffuser is said to stall. When the momentum in the boundary layer does not overcome the pressure increase as it descends downstream along the wall, stall occurs at the diffuser, at which point the flow velocity near the wall causes the direction to actually change. From that point on the boundary layer it cannot remain attached to the wall, creating a separation zone downstream of it.
실속을 방지하기 위해, 디퓨져는 필요한 확산각을 증가시키도록 길게 만들어질 수 있다. 그러나, 보다 긴 확산길이는 예를 들어 공간과 중량의 제한때문에 모든 활용과정에서 받아들어지는 것은 아니다. 따라서, 실속없이 더 빠르게(즉, 더 짧은 거리에서) 확산할 수 있는 것, 또는 역으로 종래기술의 디퓨져로 현재할 수 있는 것보다 주어진 디퓨져 길이에 대해서 더 큰 유동단면적으로 확대할 수 있는 것이 매우 바람직하다.To prevent stalling, the diffuser can be made long to increase the required diffusion angle. However, longer diffusion lengths are not acceptable in all applications due to space and weight limitations, for example. Thus, it is very possible to diffuse faster without stall (i.e. at shorter distances), or conversely, to expand to a larger flow cross section for a given diffuser length than can be present with prior art diffusers. desirable.
종래의 디퓨져는 1차원 또는 2차원중에 어느 것일 수 있었다. 2차원 디퓨져는 전형적으로 4면을 가지고 있고, 두 반대측면은 서로에 대해 평행하고, 다른 두 반대측면은 디퓨져 출구를 향해 서로에 대해 벌어진다. 원추와 환형 디퓨져로 2차원 디퓨져로 역시 때때로 지칭된다. 환형 디퓨져는 종종 개스터빈 엔진에서 사용된다. 3차원 디퓨져는 예를 들어 4면이 있을 수 있고, 2쌍의 마주보는 측면들은 서로에 대해 벌어져 있다.Conventional diffusers could be either one or two dimensional. Two-dimensional diffusers typically have four sides, two opposite sides parallel to each other, and the other two opposite sides spread toward each other toward the diffuser outlet. Conical and annular diffusers are also sometimes referred to as two-dimensional diffusers. Annular diffusers are often used in gas turbine engines. The three-dimensional diffuser may for example have four sides, with two pairs of opposite sides spreading out relative to each other.
디퓨져의 한 실시예는 자동차, 트럭 및 유사한 것을 위한 촉매변환 시스템에 존재한다. 변환기는 배기 배출(질산화물)을 줄이고 일산화탄소와 불연소 탄소수를 산화시키기 위해서 사용된다. 선택촉매는 현재 백금이다. 백금은 매우 비싸기 때문에 그것을 효과적으로 활용하는 것이 중요한데, 그것은 백금의 높은 표면을 개스에 노출시키고 가능한한 작은 양의 촉매를 사용하여 받아들일 수 있는 일을 할 만큼 충분히 긴 체류시간을 가지는 것을 의미한다.One embodiment of a diffuser is present in catalytic conversion systems for automobiles, trucks and the like. Converters are used to reduce emissions (nitrogen oxides) and to oxidize carbon monoxide and unburned carbon water. The catalyst of choice is currently platinum. Platinum is very expensive, so it is important to use it effectively, which means that it has a long enough residence time to expose the high surface of platinum to the gas and to do acceptable work with as little catalyst as possible.
최근에는 배기개스가 약 2.5-5.0 평방인치 사이의 유동단면적을 가지는 원통파이프나 도관안에서 변환기로 운반된다. 촉매(백금이 도금된 세라믹 단일암체나 도금된 세라믹필렛 베드의 형태로 존재하는)는 예를 들어 원형 입구 도관 유동단면적의 2배에서 4배의 타원형 유동단면적을 가지고 있다.In recent years, exhaust gases are transported to transducers in cylindrical pipes or conduits with flow cross-sections of between about 2.5 and 5.0 square inches. The catalyst (present in the form of a platinum plated ceramic monolith or a plated ceramic fillet bed) has, for example, an elliptical flow cross section of two to four times the circular inlet conduit flow cross section.
공간적인 제약때문에 확산부는 매우 짧다. 그리고 그것의 벌어짐의 반각은 45°일 수 있다. 반각이 약 7°을 능가할 때 유동은 벽에서 분리되기 때문에, 입구파이프로부터의 배기유동은 실린더에 남아 있게 되고 대부분은 촉매 타원형 입구 면적의 작은 부분에 충돌하게 된다. 확산부내에서의 불충분한 확산때문에, 촉매베드를 통하여 불균등한 유동이 있게 된다. 이러한 문제들은 1986년 10월 6-9일에 펜실베니아, 필라델피아에서 열린 국제 연료 및 윤활회의와 박람회에서 대니얼 더블유. 웬드랜드와 윌리엄 알. 매씨즈에 의해 발표된 자동차 촉매 변환기 내부 유동의 가시화란 이름의 SAE 서류 번호 861554에서 논의된다. 백금촉매를 더 효과적으로 사용하기 위해서 그리고 그것에 의해 촉매의 필요량을 줄이기 위해, 확산부의 그렇게 짧은 거리내에서 유체를 더 잘 확산시킬 수 있는 것이 필요하다.The diffusion is very short due to space constraints. And the half angle of its flare can be 45 °. When the half angle exceeds about 7 °, the flow separates from the wall, so the exhaust flow from the inlet pipe remains in the cylinder and mostly impinges on a small portion of the catalytic oval inlet area. Due to insufficient diffusion in the diffusion, there is an uneven flow through the catalyst bed. These issues were presented by Daniel W. at the International Fuel and Lubrication Conference and Fair in Philadelphia, Pennsylvania, October 6-9, 1986. Wendland and William R. Discussed in SAE Document No. 861554, entitled Visualization of Flow Inside Automotive Catalytic Converters, published by Masses. In order to use the platinum catalyst more effectively and thereby reduce the required amount of catalyst, it is necessary to be able to diffuse the fluid better within such a short distance of the diffusion.
본 발명의 하나의 목적은 향상된 작동 특성을 가진 디퓨져를 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a diffuser with improved operating characteristics.
본 발명의 다른 목적은 종래 기술에 따른 길이 보다 더 짧은 길이에서 같은 양의 확산을 수행할 수 있는 디퓨져를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a diffuser capable of performing the same amount of diffusion at a length shorter than the length according to the prior art.
그러나 본 발명의 다른 목적은 주어진 길이에서 종래기술에 따른 디퓨져에 비해 더 큰 확산을 할 수 있는 디퓨져를 제공하는 것이다.However, another object of the present invention is to provide a diffuser capable of larger diffusion than a diffuser according to the prior art at a given length.
따라서, 본 발명은 디퓨져 입구의 도관 상류내에 배치되고 도관벽표면에서 이격된 얇은 두개의 측벽 부재를 포함하고, 부재는 평판과 비슷한 부재에 인접한 총 유체유동방향으로 연장되어 있는 개별 축 둘레를 반대 방향에서 회전하는 디퓨져 부내에서 다수의 인접 와류를 일어나게 하는 회전 하류부를 가지고 있다.Accordingly, the present invention comprises two thin sidewall members disposed upstream of the conduit of the diffuser inlet and spaced apart from the conduit wall surface, the members being opposite in circumferential direction around the respective axis extending in the total fluid flow direction adjacent to the plate-like member. It has a rotating downstream that causes a number of adjacent vortices in the rotating diffuser section.
한 실시예에서, 회전부재는 디퓨져 부입구의 상류에 배치되고, 디퓨져 입구 도관의 표면과 꽉 밀작되어 지지된다. 부재의 회선부는 부재 근처의 총 유체 유동방향으로 연장되어 있고 파도모양의 하류 가장자리에서 끝나는 다수의 인접하고 교대되는 U형 로브와 홈을 포함한다. 홈의 깊이와 로브 높이는 하류방향에서 증가하고, 각 홈이 부재 하류 가장자리의 하류에서 한 쌍의 인접한 소용돌이를 만들어내도록 홈들과 로브들은 윤곽이 정해지고 치수가 결정된다. 소용돌이들은 디퓨져부 벽에 인접한 경계층에 에너지를 공급하고 분리를 지연시키거나 없앤다. 이렇게, 디퓨져는 종래기술에 의한 디퓨져로 가능했던 것보다 더 짧은 거리에서 같은 양의 확산을 할 수 있거나(즉, 더 큰 확산각으로 효과적으로 작동할 수 있고) 주어진 길이에 대해서 더 많은 양의 확산을 할 수 있다. 부재, 그것의 홈 및 로브를 적당하게 방향지우면 유체는 디퓨져 벽표면으로 운반하는 모오멘텀의 방향을 가지는 홈을 떠나게 되는 결과가 발생한다.In one embodiment, the rotating member is disposed upstream of the diffuser inlet and is tightly supported with the surface of the diffuser inlet conduit. The convolution of the member includes a plurality of adjacent and alternating U-shaped lobes and grooves extending in the total fluid flow direction near the member and ending at the wavy downstream edge. The depth and lobe height of the grooves increase in the downstream direction, and the grooves and lobes are contoured and dimensioned such that each groove creates a pair of adjacent swirls downstream of the member downstream edge. The vortices energize the boundary layer adjacent the diffuser wall and delay or eliminate the separation. Thus, the diffuser can achieve the same amount of diffusion at shorter distances (i.e. can effectively operate at larger angles of diffusion) than would have been possible with prior art diffusers, or can provide a greater amount of diffusion for a given length. can do. Properly orienting the member, its grooves and lobes will result in the fluid leaving the grooves with the direction of the momentum that carries them to the diffuser wall surface.
홈 출구에 있는 각 측벽표면부터 발생되는 소용돌이는 큰 규모의 소용돌이 일 것이다.(큰 규모라는 말은 소용돌이가 전 홈 깊이와 같은 크기의 지름을 가지는 것을 의미한다). 이러한 두개의 소용돌이(각 측벽에서 하나가 나온다)는 반대방향으로 회전하고 홈으로부터 그리고 가까운 총 유체로부터의 유동이 부재의 하류에서 즉시 디퓨져 벽표면근처의 유체와 혼합하게 하는 경향이 있는 유동장을 현성하게 한다. 이들 현상의 순수한 효과는 디퓨져 벽표면을 향해 바깥쪽으로 총 유체를 향하게 하고 또한 디퓨져 부내에서 총 유체의 혼합을 발생하는 것으로, 그것 모두는 디퓨져 벽을 따라 경계층에 에너지를 공급하여 그것에 의해 디퓨져 성능을 향상시키는 것이다. 비록 회선 부재가 경계층에 에너지를 공급하고 분리를 지연시키기에 충분히 가깝지 않거나 디퓨져 벽이 너무 경사가져서 분리를 방지할 수 없다면, 대규모의 소용돌이에 의해서 발생되는 디퓨져 내의 총 유체의 혼합에 의해서 여전히 총 디퓨져 성능을 향상시킬 수 있을 것이다.The vortex from each sidewall surface at the groove exit will be a large vortex (large means that the vortex has the same diameter as the entire groove depth). These two vortices (one on each sidewall) saturate the flow field, which rotates in the opposite direction and tends to cause flow from the groove and from the near total fluid to immediately mix with the fluid near the diffuser wall surface downstream of the member. do. The net effect of these phenomena is to direct the total fluid outwards towards the diffuser wall surface and to generate a mixture of the total fluid within the diffuser compartment, all of which energize the boundary layer along the diffuser wall, thereby improving the diffuser performance. It is to let. If the circuit member is not close enough to energize the boundary layer and delay the separation or the diffuser wall is too inclined to prevent separation, the total diffuser performance is still due to the mixing of the total fluid in the diffuser caused by the large vortex Will be able to improve.
본 발명의 홈과 로브는 충만해질 수 있도록 윤곽이 지워진다(즉, 유동방향의 2차원 경계층 분리는 홈내에서 발생하지 않는다). 이렇게, 이것이 분리 유체가 골로 들어가는 결과가 됨에 따라, 그것의 골의 바로 상류의 부재위로 유선방향의 2차원 유체경계층이 없는 것이 중요하며, 이것은 강한 소용돌이 이의 발생을 저지한다. 홈내에서 유선 방향의 2차원 경계층을 방지하는 것은 설계에서 중요하게 고려 해야할 점이다. 예를 들어 홈 바닥의 기울기가 가까운 총유체유동방향에 관하여 너무 가파르다면 2차원 경계층 분리가 발생할 수도 있다.The grooves and lobes of the present invention are contoured to be full (ie flow direction two-dimensional boundary layer separation does not occur in the grooves). Thus, as this results in the separation fluid entering the valley, it is important that there is no streamlined two-dimensional fluid boundary layer on the member immediately upstream of its valley, which prevents the occurrence of strong swirling teeth. The prevention of streamlined two-dimensional boundary layers in the groove is an important consideration in the design. For example, two-dimensional boundary layer separation may occur if the slope of the groove bottom is too steep with respect to the near total fluid flow direction.
손실을 적게하기 위해서 홈과 로브는 하류방향에 수직한 단면에서 U형상을 가지고 있고 부드럽게 구부러져 있다(예를 들어, 홈 측면은 홈 하부는 부드럽게 연결된다). 홈과 로브는 하류방향과 수직한 방향의 단면에서 물결모양인 부드럽게 파동치는 면을 형성한다.In order to reduce losses, the grooves and lobes have a U-shape in the cross section perpendicular to the downstream direction and are bent smoothly (for example, the groove side is smoothly connected to the groove bottom). The grooves and lobes form a smoothly waved surface that is wavy in cross section perpendicular to the downstream direction.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 각 홈으로 부터 유출되는 유체는 제2차 유동손실을 최소화하기 위해서 가능한한 작은 측 속도 요소를 가지는 것이 양호하다. 이 이유때문에 홈출구 하류에서 상당한 거리동안 홈측벽은 홈에 유입되는 총 유체유동방향에 평행하다.According to another aspect of the invention, the fluid flowing out of each groove preferably has a side velocity element as small as possible to minimize the secondary flow loss. For this reason, the groove side wall is parallel to the total direction of fluid flow entering the groove for a considerable distance downstream of the groove exit.
본 발명의 하나의 중요한 이점은 유동장에 그것이 존재함으로써 유동손실을 가져옴이 없이 디퓨져 성능을 증진시키는 능력에 관한 것이다.One important advantage of the present invention relates to the ability to enhance diffuser performance without introducing a loss of flow due to its presence in the flow field.
본 발명의 다른 측면에 따라, 출구에 있는 홈 측벽이 가파른 것이 선호된다. 이것은 측벽에 의해서 생산되는 소용돌이의 강도를 증가시킨다고 믿어진다. 여기에서 사용되는 것과 특허청구범위에서 사용되는 것같은 단어 가파르다는 홈길이의 방향과 직각인 단면에서, 각 측벽에 있는 가장 가파른 점에 접하는 선들은 약 120°이하의 포함각을 형성하기 위해 교차한다. 가장 양호하게는, 벽은 서로에 대해 평행한 것이다. 이 응용목적을 위해서, 벽들이 평행할 때 포함된 각은 0°로 간주될 수 있을 것이다.According to another aspect of the invention, it is preferred that the groove sidewall at the outlet is steep. It is believed that this increases the strength of the vortex produced by the side walls. The word steep, as used herein and in the claims, in a cross section perpendicular to the direction of the groove length, lines that contact the steepest point on each sidewall intersect to form an inclusion angle of less than about 120 °. . Most preferably, the walls are parallel to each other. For this application, the included angle may be considered 0 ° when the walls are parallel.
월터 엠. 프리츠, 주니어 등에 의한 날개형 물체라는 이름의 1986년 4월 30일에 출원된 미합중국 특허 출원 제857,907호는 날개 뒷가장자리 부를 설명하고, 그 안에 형성된 유선방향의 골과 마루(회전)는 파도와 같은 얇은 뒷가장자리를 형성한다. 한표면에 있는 골은 반대 표면에 있는 마루를 형성한다. 낮은 모오멘텀 경계층 유동을 위한 3차원 릴리프를 제공함으로써 골들과 마루들은 날개 흡입 표면 위에 2차원 경계층 분리의 급착스러운 효과를 지연시키거나 방지하도록 돕는다. 그러나 본 발명은 회선부재의 바로 하류에 위치된 디퓨져의 성능을 증진시키도록 되어 있다.Walter M. United States Patent Application No. 857,907, filed April 30, 1986 by Fritz, Jr., describes wing portions, wherein the streamlined valleys and ridges formed therein are waves-like. Form a thin back edge. The valleys on one surface form the floor on the opposite surface. By providing a three-dimensional relief for low momentum boundary layer flow, the valleys and ridges help to delay or prevent the sudden effect of two-dimensional boundary layer separation on the wing suction surface. However, the present invention is intended to enhance the performance of the diffuser located immediately downstream of the circuit member.
전기한 또는 다른 본 발명의 목적, 특징과 이점들은 첨부도면에서 도시된 바와 같은 본 발명의 양호한 실시예를 다음에서 자세히 살펴봄으로써 명백해질 것이다.These and other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of preferred embodiments of the invention as shown in the accompanying drawings.
이후에 더 자세하게 설명되는 것처럼, 본 발명의 회전 벽부재는 유체의 확산을 돕고 디퓨져벽을 따라 있는 경계층에 에너지를 주는 부재의 유체유동하류를 만들기 위해 디퓨져 입구의 상류나 디퓨져입구에서 바로 사용된다. 여기에서 사용되는 유체역학은 1987년 11월 5일에 로버트 더블류, 패터슨 등에 의해 출원된 바닥드랙을 줄이기 위한 회선평판이라는 이름의 미합중국 특허 제117,770호에 포함되어 있는 유체역학과 비슷하고 이 출원은 그 출원의 부분연속출원이다. 미합중국 특허 제117,770호의 제14도와 제14A도는 본 출원의 제1도와 제1A도에서 재생된다. 그 출원에서 회선 평판의 평판의 하류에서 어떤 유체 역학적 유동패턴을 만들어 냄으로써 기초 드랙을 감소시키기 위해서 움직이는 물통의 뭉뚱한 단부표면의 상류에 배치된다.As will be described in more detail below, the rotating wall member of the present invention is used directly at the diffuser inlet or upstream of the diffuser inlet to facilitate the fluid diffusion and to create a fluid flow downstream of the member that energizes the boundary layer along the diffuser wall. The fluid mechanics used here is similar to the hydrodynamics contained in U.S. Patent No. 117,770 named Line Plates for reducing floor drags filed by Robert W., Patterson et al. On November 5, 1987. It is a partial consecutive application of the application. Figures 14 and 14A of US Patent 117,770 are reproduced in Figures 1 and 1A of the present application. In that application it is placed upstream of the bulky end surface of the moving bucket to reduce the underlying drag by creating a certain hydrodynamic flow pattern downstream of the plate of the circuit plate.
여기에서 설명되는 바와 같이, 제1도와 제1A도를 참조하여, 기초가 부디게 되어 있는 물품은 일반적으로 참조번호(200)으로 표시된다. 물품(200)은 화살표(204)에 표시되는 대체적인 하류방향으로 그 위에서 유체가 유동하는 부드럽고 비교적 평평한 상부표면(202)를 가진다. 물품(200)은 무딘 베이스 또는 단부면(206)을 가진다. 회선부재가 없으면 표면(202)를 따른 유동이선(208)을 따라 물품에서 분리되는 것이 추정된다. 본 논의의 목적을 위해서, 분리선(208)은 무딘 단부면(206)의 시작 또는 상류가장자리로 간주될 것이다.As described herein, with reference to FIGS. 1 and 1A, the article on which the foundation is based is generally indicated by reference numeral 200. The article 200 has a smooth, relatively flat top surface 202 through which fluid flows in the generally downstream direction indicated by arrow 204. The article 200 has a blunt base or end face 206. In the absence of convolutional members it is assumed that flow along the surface 202 is separated from the article along the line 208. For purposes of this discussion, the dividing line 208 will be considered the beginning or upstream edge of the blunt end face 206.
회선 벽부재 또는 평판(210)은 지지부재들이나 이격 스탠드(212)에 의해 표면(202)에서 이격되어 배치되고, 단지 그것중에 하나가 도면에 도시된다. 평판(210)은 상류 또는 도입가장자리부(214)와 하류 또는 뒷 가장자리부(216)를 포함한다. 평판은 매우 얇을 수 있는 반면에, 도입 가장자리부(214)는 접촉하는 균일유동이 평판의 상부표면(218)과 하부표면(220) 위에서 흐르기 시작하도록 하기 위해서 항공기 날개의 도입가장자리부와 같이 둥글게 되어야 한다. 중량을 줄이거나 평판 자체의 베이스 드랙을 최소화하는 것과 같이 필요하다면, 평판은 뒷 가장자리부(216)을 향해 더 작은 두께로 테이퍼될 수 있다.The convex wall member or plate 210 is disposed spaced apart from the surface 202 by support members or spaced stand 212, only one of which is shown in the figure. The plate 210 includes an upstream or introduction edge 214 and a downstream or trailing
다수의 U형 골(222)와 로브(224)는 평판에 형성된다. 인접 골과 로브들은 뒷 가장자리부(216)에서 파도형상을 이루며 끝나게 되는 파형 또는 회선형 하류부를 형성함으로써 서로가 부드럽게 일체가 된다. 비록골 깊이가 골 출구의 최소 하류까지 도달할 수 있는 한 그후에 출구까지 일정하게 유지될 수 있지만, 생성되는 소용돌이에 대해서 골 깊이는 하류방향으로 증가되어야 한다. 제1도에서, 평판 도입 가장자리(214)는 직선이고 평판은 짧은 길이동안 평평하다. 골들과 로브들은 평평한 부분으로 부드럽게 연결된다. 양호하게 그리고 도시된 바와 같이, 골깊이(그리고 로브 높이)는 그들의 상류단부에서 (0)이고, 하류가장자리부(216)에서는 최대이다. 그러나, 평판 유도 가장자리(214)는 낮은 진폭의 파형을 가질 수 있고, 골 깊이는 그 최소 폭으로부터 증가될 수 있다. 골들이 그 길이 전체에서 충만하게 될 수 있도록 골들과 로브들의 윤곽과 형상은 선택된다.A plurality of U-shaped valleys 222 and lobes 224 are formed in the plate. Adjacent valleys and lobes are smoothly integrated with each other by forming a wavy or conical downstream that ends in a wave shape at the
평판(210)은 물품(200)에 부속되기 때문에, 평판자체는 최소화되어야 하는 손실(드랙)을 만들어낸다. 만일 회선이 없고 그 위에 배치된 평면에 대체로 평행한 부드러운 가상평판을 고려한다면, 골들과 로브들의 마루와 골은 그러한 가상평판의 위와 아래로 같은 거리만큼 연장되어 있다.Since the plate 210 is attached to the article 200, the plate itself creates a loss (drag) that should be minimized. If there are no lines and a smooth virtual plate that is generally parallel to the plane placed thereon, the floors and valleys of the valleys and lobes extend the same distance above and below the virtual plate.
평판의 각 측상의 골들과 골들과 로브들에 의해서 만들어지는 소용돌이들은 도면에서 개략적으로 도시된다. 총유체유동방향의 축을 가지고 있는 소용돌이는 각 골의 각 측벽으로 부터 만들어져 나온다. 이와같은 골(226)은 우측벽으로 부터 시계방향의 소용돌이(228)을 만들고(제1도에서 도시된 바와 같이), 그것의 좌측벽으로부터는 반시계방향으로 회전하는 소용돌이(230)을 만든다. 골(226) 왼쪽의 평판 반대측면에 있는 인접 골(232)는 효과적으로 단일의 더 강한 소용돌이를 만들어 내기 위하여 반시계방향의 회전 소용돌이(230)과 결합하거나 그것을 강화해주는 우측벽으로부터의 반시계방향의 회전소용돌이(234)를 만들어준다. 비슷하게, 골(236)의 좌측벽은 골(226)으로부터 나오는 시계방향의 회전소용돌이(228)과 결합하는 시계방향회전소용돌이(238)을 만들어 낸다.The valleys and vortices created by the valleys and lobes on each side of the plate are shown schematically in the figure. A vortex with an axis in the direction of total fluid flow is created from each sidewall of each valley. Such a valley 226 creates a vortex 228 clockwise from the right wall (as shown in FIG. 1) and a vortex 230 rotating counterclockwise from its left wall.
만일 평판(210)이 적당히 이격되고 표면(202)와 무딘 단부표면(206)에 상대적으로 정향된다면, 그때 거기에서 부터 발생되는 소용돌이들은 평판하류의 표면(202)위의 경계층유동에 에너지를 주고, 그것에 의해 유동이 가상 분리선(208)위의 물품 표면 위에 부착되어 있게 하는 결과가 된다. 더욱이, 골로부터 그리고 표면(202)위로 유동하는 홈 유체는 그렇지 않으면, 형성된 분리거품을 줄이고 그것에 의해 더 베이스드랙을 감소시키기 위해서 무딘 단부 표면 뒤에 있는 공간으로 아래쪽으로 향하게 된다(제1도에서).If the plate 210 is properly spaced and oriented relatively to the surface 202 and the blunt end surface 206, then the vortices generated therein energize the boundary layer flow over the surface 202 downstream of the plate, This results in the flow being attached on the article surface above the virtual separation line 208. Moreover, the groove fluid flowing from the bone and onto the surface 202 is otherwise directed downward into the space behind the blunt end surface in order to reduce the separation bubbles formed thereby reducing the base drag further (in FIG. 1).
다음 논의의 목적을 위해서 그리고 여전히 제1도를 참조하면, P는 평판 뒷가장자리(216)에서의 마루에서 마루까지의 파의 길이이다. A는 마루에서 마루까지의 파높이 또는 진폭(그리고 골깊이라고 일컬어질 수도 있다), H는 표면(202)와 뒷가장자리(216)의 가장 가까운 파 피크 사이의 거리이다. 그리고 D는 뒷 가장자리(216)과 위에서 설명된 대로 분리선(208)인 무딘단부 사이의 거리이다. 양호하게는 피크에서 피크까지의 파길이(P)는 골 길이 전체에 걸쳐서 일정하다.For purposes of the following discussion and still referring to FIG. 1, P is the length of the wave from floor to floor at plate back
소용돌이들은 평판 가장자리(216)의 일정한 거리 동안 충분히 형성되지 않기 때문에 그리고 소용돌이가 선(208)의 상류에 있는 경계층에 에너지를 제공하는 것이 필요하기 때문에, 뒷 가장자리(216)은 무딘단부표면(206)의 상류에 있는 하나에서 두개의 파진폭(A)와 같은 거리(D)에 위치된다. D가 A 또는 심지어 0 보다 작다면 아무런 이익도 얻을 수 없다는 것을 의미하지 않는다. 그러나, 이점이 줄어들게 된다고 믿어진다. 비슷하게, 만일 평판이 단부표면(206)으로부터 지나치게 상류에 위치하게 된다면, 소용돌이들은 단부표면(206)에 도달하기 전에 매우 또는 완전하게 감쇄되고 그것에 의해 거의 또는 전혀 이익을 제공하지 않는다.Since the vortices are not sufficiently formed for a certain distance of the
거리(H)는 선(208)에 도달하기 전에 혼란하게 하고 표면(202)위의 경계층 분리를 발생하게 할 수도 있는 표면(202) 근처의 제2유동장 또는 막힘의 발생을 피할만큼 충분히 커야한다.The distance H should be large enough to avoid the occurrence of a second flow field or blockage near the surface 202 that may confuse and lead to boundary layer separation on the surface 202 before reaching the line 208.
H는 적어도 경계층 두께와 거의 비슷해야 한다. 동시에, 거리(H)는 표면(202)에 가능한 한 가깝게 소용돌이를 유지하도록 작아야 한다. 평판과 인접한 총 유체유동방향에 대하 골 바닥의 기울기(θ)는 너무 얕거나 너무 가파를 수 없다. 만일 기울기가 너무 얕으면 발생을 소용돌이의 힘이 너무 약하게 되거나 그것들은 표면마찰에 의한 손실의 결과로 전혀 발생하지 않을 수도 있다. (θ)는 적어도 약 5°이어야 한다고 믿어진다. 반면에, 기울기가 너무 가파르면, 골은 충만되지 않을 것이다(즉, 골내에서 2차원 유동방향 경계층 분리가 있게 될 것이다). 이것은 소용돌이의 형성을 방해할 것이다. 골이 충만한 한, 기울기가 크면 클수록, 소용돌이의 강도가 커지는 것 같다. 약 30°이상의 기울기는 충만되지 않을 것으로 믿어진다. 어느 특별한 활용을 위한 적정각은 실험에 의해서 결정될 필요가 있을 것이다.H should be at least about the thickness of the boundary layer. At the same time, the distance H should be small to keep the vortex as close as possible to the surface 202. The slope θ of the bone bottom with respect to the total fluid flow direction adjacent to the plate cannot be too shallow or too steep. If the slope is too shallow, the occurrence of vortex forces may be too weak, or they may not occur at all as a result of loss due to surface friction. (θ) is believed to be at least about 5 °. On the other hand, if the slope is too steep, the bone will not be filled (ie there will be a two-dimensional flow boundary layer separation within the bone). This will interfere with the formation of the vortex. The longer the slope, the greater the vortex strength, as long as the valley is full. It is believed that the slope above about 30 ° will not be full. The appropriate angle for any particular application will need to be determined by experiment.
각 골 측벽의 가파름이 관계되는 한, 뒷가장자리(216)에서 그리고 상류에서 일정거리동안 대체로 평행한 측벽이 선호된다. 측벽의 가파름은 포함된 각(C, 제1도에서 설명된)에 의해 나타내질 수 있는데, 그것은 골의 마주보는 측벽을 따라 가장 가파른 점에 접하는 서들 사이의 각이다. 상기한 대로, 각(C)가 (0°)에 더 가까이 있을 수록, 더 좋다. 그러나 각(C)는 골 출구에서 약(120°)보다 크지 않아야 한다.As far as the steepness of each bone sidewall is concerned, generally parallel sidewalls are preferred for a distance at the
양호하게는 도입 가장자리(214)에서 뒷 가장자리(216)까지의 평판의 총 길이는 골들과 리지들의 길이(L)과 같거나 약간 커야한다. 파괴적이지는 않지만 과도한 길이는 어느 이익도 제공하지 않고 단순히 불필요한 표면 드랙, 비용과 중량을 더 하기만한다. 상기한 대로, 도입가장자리(214)는 둥글게 되어야하고, 골들이 길이전체에서 충만되고 특별한 활용예에서 필요한 것들을 고려할 때 가치가 있도록 간주되는 이익(즉, 드랙감소)을 제공하기에 충분히 강한 소용돌이를 만들도록 골들과 로브들은 전체길이에서 크기가 정해지고 모양이 형성된다.Preferably the total length of the plate from the leading edge 214 to the
일반적으로, 파 길이(P)는 과도한 압력 손실을 유도하지 않고 강한 소용돌이를 형성하도록 하기 위해서 파 진폭(A)의 약 반보다 작지 않거나 약 4배 보다 크지 않아야 한다. 골 출구의 하류 유출 단면유동면적의 합은 기초드랙에 훌륭한 충격을 가지도록 무딘 단부 표면의 총 하류유출면적에 비해서 충분히 커야만 한다. 물리적 제한, 비용 및 중량 그리고 심지어는 미합과 같은 실제인 고려는 선택되는 최종적인 구성에 다양한 정도의 영향을 가지고 있다.In general, the wave length P should not be less than about half or greater than about 4 times the wave amplitude A in order to form a strong vortex without inducing excessive pressure losses. The sum of the downstream outflow cross-sectional flow areas at the bone exit must be large enough relative to the total downstream outflow area of the blunt end surface to have a good impact on the foundation drag. Practical considerations such as physical limitations, costs and weights, and even coalescing, have varying degrees of impact on the final configuration chosen.
제2-3도는 제1도와 제1A도에서 설명된 회선 벽부재 또는 평판을 위한 다른 응용예를 도시한다. 그리고 그 응용예는 본 발명의 주제이다. 제2-3도를 참조하면, 도관은 참조번호(300)에 의해 일반적으로 나타내진다. 도관(300)은 운반부(302)와 디퓨져부(304)를 포함한다. 둘다 유동방향에 수직으로 취해진 단면에서 직사각형이고, 유동방향은 화살표(306)의 방향에 있다. 운반부(302)와 디퓨져부(304)는 둘다 평평하고 평행한 측벽(308)을 포함하고 있다. 이렇게 디퓨져부(304)는 단지 2차원 확산을 제공한다. 평판(310)은 운반부(202)와 디퓨져부(304)의 공유부이고 확산부입구(312)와 같은 공간에 있다. 회선평판(314)은 도관 운반부(302)내에 배치된다. 하나는 상부벽(316)에 부착되고 다른 것은 다리(320)에 의해서 운반부의 하부벽(318)에 부착된다. 평판들에 의해 발생되는 큰 규모의 소용돌이는 나선(322)에 의해 도시되고 하류 방향(306)에 일반적으로 평행한 축들을 가지고 있다.Figures 2-3 show other applications for the line wall members or flat plates described in Figures 1 and 1A. And its application is the subject of the present invention. With reference to FIGS. 2-3, the conduit is generally indicated by the reference numeral 300. Conduit 300 includes conveying portion 302 and
회선평판(210)의 크기, 형태, 윤곽 및 위치에 관한 제1 및 제1A도에 관한 선행하는 설명은 동등하게 회선평판(314)에 적용되고, 제2도에서 평면(310)은 회전평판이 없으면 입구에서 갈라질 디퓨져 내부의 제1도의 선(203)에 대응한다.The preceding description of FIGS. 1 and 1A relating to the size, shape, contour, and position of the circuit plate 210 equally applies to the
이렇게, 각 (θ)뿐만 아니라 치수(L,D,H,A 및 P) 모두는 제1도 및 제1A도에 관하여 설명된 것과 같은 방식으로 선택되어야만 한다. 제1도 및 제1A도의 응용예에서 회선부재가 움직이는 물체 위의 기초드랙을 감소시키는 반면에, 본 발명은 디퓨져 벽에 따라 경계층에 에너지를 공급하고 확산부(304)내에서 총유체유동의 일반적인 혼합과 확산을 일어나게 함으로써 디퓨져의 성능을 높여준다. 제2도 및 제3도의 것과 같은 2차원 디퓨져는 회선 평판과 함께 또는 회선 평판없이 시험된다. 제2도 및 제3도에 관하여, 디퓨져는 다음 치수를 가지고 있다. B=53.59cm; F=83.06cm; 그리고 E=13.72cm, 회선평판에 관하여, D=5.84cm; L=16.00cm; H=0.64cm; A=5.84cm; P=4.32cm; Wi=1.27cm; Wo=3.05cm; θ1=11°; 그리고 θ2=15°각 골의 측벽은 제3도에서 도시된 바와 같이 서로 평행하다. 제2도와 제3도는 위에서 정해진 치수로 테스트기구를 묘사하고 있지만, 그러한 치수와 그러한 치수의 서로에 대한 상대치는 본 발명을 제한하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 각 평판의 양 측면위의 골은 동일할 수 있다(즉, Wi=Wo 및 a1=a2).Thus, not only the angle [theta] but also the dimensions L, D, H, A and P must all be selected in the same manner as described with respect to FIG. 1 and FIG. In the application of FIGS. 1 and 1A, the circuit member reduces the underlying drag on the moving object, while the present invention provides energy to the boundary layer along the diffuser wall and generalizes the total fluid flow within the
특별한 응용에를 위한 적정 구성은 여기에서 제시된 가이드 라인을 사용하여 오로지 얻어질 수 있다.Appropriate configurations for particular applications can only be obtained using the guidelines presented herein.
일련의 두개의 시험에서(즉, 회선평판을 가지고 회선평판 없이) 디퓨져의 성능 계수는 약 2°에서 10°에 이르는 디퓨져 반각(α)에 대해 측정되고, 그것은 약 1.4에서 부터 3.1에 이르는 출구대 입구비 범위와 등가이다. 테스트의 결과는 제4도의 그래프에 도시되는데, 거기에서 곡선(A)는 회선되지 않은 평판을 나타내고, (B)는 회선 평판의 사용을 나타낸다. 약 6°보다 큰 디퓨져 반각에 대해(적어도 시험되는 최대 각에 이르는)본 발명은 회선 평판이 없는 같은 디퓨져를 능가하는 성능을 가진다(성능계수의 관점에서), 10°반각에서 본 발명은 회선평판이 없는 디퓨져의 최대 성능 계수(즉, 6°반각에 있는)보다 더 크고 10°반각과 회선되지 않은 평판을 가진 같은 디퓨져의 성능계수보다 약 28% 더 큰 성능계수를 가진다. 본 발명은 경계층 분리의 개시를 더 높은 반각까지 지연시킨다.In a series of two tests (i.e. with line plate and without line plate), the diffuser's coefficient of performance is measured for the diffuser half angle (α) from about 2 ° to 10 °, which is the exit band from about 1.4 to 3.1. It is equivalent to the entrance ratio range. The results of the test are shown in the graph of FIG. 4, where curve A represents the uncirculated flat plate and B represents the use of the circuit flat. For diffuser half angles greater than about 6 ° (at least up to the maximum angle tested), the present invention outperforms the same diffuser without line plate (in terms of performance factor), at 10 ° half angle the present invention It is larger than the maximum performance factor of the diffuser (ie at 6 ° half angle) and about 28% larger than that of the same diffuser with 10 ° half angle and uncirculated plate. The present invention delays the onset of boundary layer separation to higher half angles.
제5도와 제6도는 축 대칭인 3차원 디퓨져(400)와 함께 본 발명의 사용을 도시한다. 그 경우에 회선된 얇은 벽 부재(402)는 축대칭이고, 거기에서 로브들과 골들은 하류방향으로 그리고 방사상으로(높이와 깊이에서) 연장된다.5 and 6 illustrate the use of the present invention with a three-
본 발명은 제7도와 제8도에서 도시된 바와같이 계단이 형성된 디퓨져와 함께 역시 사용될 수 있다. 계단식 디퓨져는 90°와 같이 디퓨져 반각이 극도로 가파른 디퓨져로 간주된다.The present invention can also be used with a stepped diffuser as shown in FIG. 7 and FIG. A stepped diffuser is considered a diffuser with an extremely steep diffuser half angle, such as 90 °.
이러한 타입의 디퓨져는 전형적으로 통로 단면 유동면적의 계단적 변화를 포함하는 도관이 전형적이다. 제7도 및 제8도에서 하류 방향에서 도관(502)을 유동하는 유체는 화살표(300)에 의해서 나타내 진다. 도관은 직사각형 단면적의 입구부(501)와 역시 직사각형 단면적의 출구부(503)을 가지고 있다. 입구부는 서로에 대해 그리고 하류방향에 대해 평행한 측벽(504)를 가지고 있고, 상부벽 및 하부벽(507)은 역시 하류방향과 서로에 대해 평행하다.This type of diffuser is typically a conduit that includes a stepwise change in passage cross-sectional flow area. Fluid flowing through
통로 단면적의 계단 변화는 평면(508)에서 발생한다. 불연속성은 상부와 하부벽(507)에 단지 있다. 측벽(504)는 출구부(503)의 전체길이에 대해 불연속면을 지나서도 평행하다. 제2도와 제3도에 도시된 것과 유사한 회선평판이 상부 측벽과 하부측벽(507)의 각각에 인접하게 배치되고 지지된다. 평면(508)의 상류에 있는 평판 상류의 거리(D)는 약 0에서부터 골 깊이의 2배의 어느 곳에 있어야 하고, 양호하게는 골 깊이의 1에서 2배이다.Step change in the passage cross-sectional area occurs in
비록 제7도에서 도시된 것과 같은 계단식 디퓨져를 가지고 회전 평판은 유동을 벽에 부착되도록 유지할 수 없지만, 회선평판은 유동의 상부벽과 하부벽에의 부착이 이루어지는 평면(508)의 하류에서의 거리를 줄일 수 있다. 바닥선은 계단식 디퓨져가 회선 평판을 사용하지 않으면 발생할 수 있는 것보다 더 작은 손실을 갖게 되는 것을 말한다. 또한, 이 실시예에서 회선평판이 각각의 상부 및 하부벽에 인접하게 배치된다 할지라도, 도관의 중심에 배치된 단일의 아마 더 큰(파의 진폭의 관점에서) 평판은 역시 이익을 제공해줄 것이다.Although with a stepped diffuser such as that shown in FIG. 7 the rotating plate cannot keep the flow attached to the wall, the circuit plate is the distance downstream of the
1986년 12월 29일에 출원된 열전달 향상 장치라는 명칭의 월터 앰. 프리츠, 주니어 등의 공유 미합중국 특허 제947,349호는 여기에서 사용되는 것과 비슷한 회선평판을 설명하고 있으나, 그것의 양쪽에서 유동하는 유체를 가지고 있는 벽을 가로질러 열전달을 증대시키는 열전달 장치에 사용된다. 본 출원의 제9도와 제10도는 각각 공지된 출원의 제8도와 제9도에 대응하고, 화살표(804)방향에서 유동하는 유체를 운반하는 튜브 또는 도관내에 배치된 회선벽 또는 평판(800)을 도시한다. 제10도에서 가장 잘 도시된 바와 같이, 평판(800)은 지름을 따라 대체로 튜브를 가로질러 연장된다. 평판(800)의 하류부에 있는 로브들과 골들은 튜브의 내부 벽 표면(810)으로 부터 열적 경계층을 제거하고 중심 유동을 벽에 인접하게 유동하는 유체와 혼합하게 하는 인접한 역회전 소용돌이(806,808)을 하류에서 발생시킨다. 도관내의 유체와 도관을 둘러싸는 유체사이에서 열 에너지를 종국적으로 교환할 목적으로 유체와 도관(802)의 벽 사이에서 열 전달 계수를 증가시키는 것이 순 효과이다. 제9도에서 도시된 바와같이, 도관의 전길이를 따라 열전달율의 증진을 보장할 거리에 도관의 축을 따라 이격된 도관내의 다수의 회전평판(800)을 배치하는 것이 고려된다.Walter Am, filed Heat Transfer Enhancement, filed December 29, 1986. Shared US Pat. No. 947,349 to Fritz, Jr., et al., Describes a line plate similar to that used herein, but is used in heat transfer devices that enhance heat transfer across walls having fluids flowing on both sides thereof. 9 and 10 of the present application correspond to FIGS. 8 and 9 of the known application, respectively, and define a circuit wall or
각 평판(800)에 의해 발생되는 소용돌이들은 결국 벽마찰과 점성효과로 인하여 소멸되기 때문에 이것이 물론 요구된다.This is of course required because the vortices generated by each
본 발명은 열전달 기구는 아니지만, 평판 하류의 도관 확산부에서 유체유동역학에 영향을 줄 목적으로 도관에 배치된 같은 회선평판을 활용한다. 그러한 평판이 디퓨져 성능을 높이기 위해 경계층에 에너지를 공급하기 위해 그리고 총유체유동에 수직인 방향에서 덕트를 가로질러 총 유체가 혼합(이것 역시 디퓨져 성능을 높인다)되는 것을 증가시키기 위해 큰 규모의 소용돌이를 발생시킨다는 것을 우리는 발견했다.Although the present invention is not a heat transfer mechanism, it utilizes the same line plate disposed in the conduit for the purpose of affecting fluid flow dynamics in the conduit diffusion downstream of the plate. Such plates may be subjected to large vortices to energize the boundary layer to increase diffuser performance and to increase total fluid mixing (which also increases diffuser performance) across the duct in a direction perpendicular to the total fluid flow. We found it to be generated.
본 발명의 벽부재를 위한 특별한 응용예는 자동차용과 같은 촉매 전환 씨스템에서 사용된다. 그러한 전환 씨스템은 제11도 및 제12도에서 참조번호(900)에 의해 표시된다. 전환씨스템(900)은 원통형 개스 전달도관(902), 환형 개스접수 도관(904) 및 그들 사이의 전이덕트 또는 도간인 디퓨져(906)을 포함한다.A special application for the wall members of the present invention is used in catalytic conversion systems such as for automobiles. Such a conversion system is indicated by
총 유체 유동방향은 화살표(905)에 의해 표시되고 전달도관(902)의 축(907)에 평행하다. 디퓨져(906)은 전달 도관의 원형출구(908)에서 부터 접수 도관(904)의 타원형 입구(910)까지 연장된다.The total fluid flow direction is indicated by arrow 905 and parallel to the
접수도관은 촉매 배드(도시되지 않음)를 유지한다. 촉매배드는 하류 방향에 평행한 하니콤 셀을 구비한 하나콤 단일체이다.The receiving conduit holds the catalyst bed (not shown). The catalyst bed is a Hanacom monolith with honeycomb cells parallel to the downstream direction.
단일체의 입구면은 입구(910)에 있다. 그러나, 그것은 전달도관 출구(908)과 촉매 사이의 추가 확산 거리를 허용하기 위해서 하류로 더 이동될 수 있다. 촉매전환기와 촉매 배드용촉매는 기술분야에서 공지된 것이다.The entrance face of the monolith is at the
제12도에서 가장 잘 도시된 바와같이, 확산은 타원의 주축(12) 방향에서 오직 발생한다. 타원의 단축은 전달 도관출구(908)의 지름과 동등한 일정한 길이를 유지한다. 이렇게 본 실시예의 디퓨져는 효과적인 2차원 디퓨져이다. 전달도관(902)내에서 배치된 것은 내부에 다수의 평행 골을 구비한 회선평판(914)이다. 평판(914)는 타원형 개스 수용도관(804)의 주축(912)에 수직인 거의 지름 평면을 따라 도관(902)를 가로질러 연장된다.As best shown in FIG. 12, diffusion only occurs in the direction of the
평판(914)는 그것의 축 모서리(920)에서 도관(902)에 부착된다.
골 측벽(924)는 평판의 하류 파도 형 가장자리(922)에서 서로에 대해 평행하고, 또한 타원 주축(912)에 평행한다. 적정한 평판의 크기와 구성은 본 발명에 따른 지식을 가이드로 삼아 실험에 의해 결정될 필요가 있지만, 평판의 한 측부에는 적어도 2개의 완전한 골이 있어야 하고(제12도의 실시예에는 3개가 있다), 골들은 도관내에의 가용 면적중 큰 부분을 접하는 하류가자자리에서의 깊이를 가져야 한다고 믿어진다. 비록 골 깊이의 방향이 확산의 주방향과 평행할 때 가장 좋은 결과가 얻어진다고 믿어지지만, 향상된 확산은 제12도에서 도시된 방향에 직각인 경우와 같이 사실상 어느 방향으로 정향된 평판(914)로 얻어질 수 있을지 모른다고 믿어진다.The valley sidewalls 924 are parallel to each other at the downstream
만일 제11도와 제12도의 도관(902)가 5.08cm의 지름을 가지고 있다면, 평판(914)에 대한 하나의 가능한 치수의 세트는 15°의 골 기울기; 2.54cm의 파 진폭(A); 0.76cm의 골나비(w); 및 0.08cm의 판 두께를 가지는 것이다.If the
제13도와 제14도는 촉매 전환 씨스템의 다른실시예를 보여 준다. 본 씨스템 참조번호(950)에 의해서 나타내지고, 그것은 원통형 개스 전달 도관(952), 타원형 개스접수도관(954) 및 그들 사이의 전이덕트 또는 도관인 디퓨져(956)을 포함한다.13 and 14 show another embodiment of a catalytic conversion system. Represented by the
총 유체유동방향은 화살표(958)에 의해 표시되고, 전달도관의 축(906)에 평행하다. 디퓨져(956)은 전달도관의 원형출구(965)로 부터 연장되고, 접수도관의 타원형 입구(964)로 부드럽게 전이하고, 그것은 입구면이 입구(964)의 평면과 일치하는 촉매 베드(도시되지 않음)를 유지한다.The total fluid flow direction is indicated by
본 실시예에서, 전환기 씨스템은 제2도 및 제3도에서 서술된 2차원 디퓨져와 일치한다고 간주된다. 이렇게, 한쌍의 약간 구부러진 회선 평판(966)은 전달도관(952)내에 배치되고, 둘다 타원형 접수도관의 단축(968)과 평행하고 주촉(970)에 수직인 지름선에 대체로 평행한 방향에 있는 덕트를 가로질러 연장된다.In this embodiment, the diverter system is considered to match the two-dimensional diffuser described in FIGS. 2 and 3. Thus, a pair of slightly
평판(966)은 지름선 또는 촉(968)의 위와 아래에 배치된 전달도관의 표면까지에 위치되나 거기에서 이격된다.The
회선 평판(966)을 사용하지 않으면 2차원 유선방향 경계층 분리가 일어날 디퓨져(956)을 따른 축위치를 평면(972)는 나타낸다.
하류파도형 가장자리(924)는 평면(972)위로의 유동분리를 지연시키기 위해서 평면(972)의 하류에서 이격되어야만 한다. 거리(D)가 평판(966)의 최대차 진폭의 약 1배에서 2배라면, 가장 좋은 결과가 얻어지리라고 믿어진다. 이것은 평면(972)의 위치에 도달하기 전에 좀더 충분히 발전하게 되는 회선 평판에 의해 발생하는 큰 규모의 소용돌이를 위한 약간의 하류거리를 허용한다.The downstream waved edge 924 must be spaced downstream of
본 실시예에서, 상부 평판과 하부 평판의 파형들은 위상을 벗어난다. 파형들은 제7도 및 제8도의 실시예에서 도시된 대로 위상 역시 있을 수 있고, 그것은 발생된 소용돌이의 결합을 만들어낼 수 있고, 그것에 의해 더 혼합을 증가시킨다.In this embodiment, the waveforms of the upper plate and the lower plate are out of phase. The waveforms may also be in phase as shown in the embodiments of FIGS. 7 and 8, which may create a combination of vortices generated, thereby increasing further mixing.
만일 전달도관(952)에 대하여 5.08cm 지름을 가정한다면, 간 평판(966)에 대해서 최대 파 진폭이 약 1.27cm와 1.91cm 사이의 있는 것이 권고된다.If a diameter of 5.08 cm is assumed for the delivery conduit 952, it is recommended that the maximum wave amplitude be between about 1.27 cm and 1.91 cm for the
본 발명이 그것의 양호한 실시예에 관하여 도시되고 설명되지만, 형태와, 세부적인 점에서의 다양한 변화가 특허청구된 발명사상과 범위에서 이탈하지 않고 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게 이해될 수 있을 것이다.While the invention has been shown and described with respect to its preferred embodiments, it will be understood by those skilled in the art that various changes in form and detail may be made therein without departing from the spirit and scope of the claimed invention.
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