均化設(shè)備、熱交換器組件及均化流體流中溫度分布的方法
【專利摘要】一種特別適于均化離開熱交換器的流體流中的溫度分布的均化設(shè)備（10），一種熱交換器組件以及一種均化流體流中溫度分布的方法。所述均化設(shè)備（10）包括具有流體流動(dòng)通道（14）的主體（12），所述流體流動(dòng)通道（14）延伸通過所述主體（12）。所述均化設(shè)備（10）進(jìn)一步包括流動(dòng)控制設(shè)備（20），該流動(dòng)控制設(shè)備（20）被設(shè)置在所述流體流動(dòng)通道（14）中并被構(gòu)造為在流動(dòng)通過所述流體流動(dòng)通道（14）的流體流的外層（32）中誘發(fā)旋渦（S），同時(shí)所述流體流的內(nèi)層（34）的流動(dòng)特性基本保持不受所述流動(dòng)控制設(shè)備（20）的影響。
【專利說明】均化設(shè)備、熱交換器組件及均化流體流中溫度分布的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種均化設(shè)備、一種包括均化設(shè)備的熱交換器組件及一種均化流體流中的溫度分布的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]離開熱交換器的流體流通常顯示在熱交換器的出口面的一邊到另一邊的溫度梯度，這可能影響熱交換器下游的感應(yīng)溫度測量的準(zhǔn)確度。而且，從熱交換器的出口面的一邊到另一邊的溫度梯度可能妨礙將離開熱交換器的主流體流分為具有基本相同的溫度的兩個(gè)或更多分流體流。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種均化設(shè)備，該均化設(shè)備允許離開熱交換器的流體流在熱交換器的出口面的一邊到另一邊的溫度分布快速且可靠的均化，而不引起流體流中過多的壓力損失。進(jìn)一步，本發(fā)明的目的在于提供一種包括這種類型的均化設(shè)備的熱交換器組件。最后，本發(fā)明的目的在于提供一種方法，該方法設(shè)備允許離開熱交換器的流體流在熱交換器的出口面的一邊到另一邊的溫度分布快速且可靠的均化，而不引起流體流中過多的壓力損失。
[0004]這些目的通過具有如下特征的均化設(shè)備、具有如下特征的熱交換器組件以及具有如下特征的均化流體流中的溫度分布的方法而實(shí)現(xiàn)。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的均化設(shè)備包括具有流動(dòng)通道的主體，流動(dòng)通道延伸通過主體。該主體例如可至少部分地由熱交換器的集管形成，特別是設(shè)置在熱交換器的出口區(qū)域中的熱交換器集管。然而，替代地，該主體至少部分地還可由在熱交換器出口下游延伸的管形成。然而，也可想到，該主體包括由熱交換器的集管形成的第一部分和由在熱交換器的下游延伸的管形成的第二部分。
[0006]均化設(shè)備進(jìn)一步包括設(shè)置在流體流動(dòng)通道中的流動(dòng)控制設(shè)備。該流動(dòng)控制設(shè)備被構(gòu)造為在流動(dòng)通過流體流動(dòng)通道的流體流的外層中誘發(fā)旋渦，同時(shí)流體流的內(nèi)層的流動(dòng)特性基本保持不受流動(dòng)控制設(shè)備的影響。流動(dòng)控制設(shè)備未必被構(gòu)造為完全不影響流體流內(nèi)層的流動(dòng)特性。替代地，當(dāng)然能想到，例如當(dāng)流體流通過流動(dòng)控制設(shè)備的下游區(qū)域時(shí)，流動(dòng)控制設(shè)備影響流體流內(nèi)層。然而，在根據(jù)本發(fā)明的均化設(shè)備中，流動(dòng)控制設(shè)備被構(gòu)造為在流體流的外層中誘發(fā)旋渦，同時(shí)至少對于某一時(shí)段和/或至少沿流體流動(dòng)通道的某一長度，流體流內(nèi)層的流動(dòng)特性保持不受流動(dòng)控制設(shè)備的影響。
[0007]在根據(jù)本發(fā)明的均化設(shè)備中，流動(dòng)控制設(shè)備誘發(fā)流體流的外層相對于流體流的內(nèi)層的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。因此，流動(dòng)控制設(shè)備對于均化流體流中顯示在流體流的橫截面的一邊到另一邊的溫度梯度(即，沿基本垂直于流體流的流動(dòng)方向的方向的溫度梯度)的溫度分布特別有效，因?yàn)榱黧w流中顯示最大溫差的區(qū)域通過流體流的外層相對于流體流的內(nèi)層的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而彼此緊密接觸。與流體流的外層中存在的溫差相比，流體的內(nèi)層中的溫差相對較小。因此，至少對于某一時(shí)段和/或至少沿流體流動(dòng)通道的某一長度，流動(dòng)控制設(shè)備基本不影響流體流內(nèi)層的流動(dòng)特性的事實(shí)基本不會(huì)削弱流動(dòng)控制設(shè)備的均化效果。替代地，流動(dòng)控制設(shè)備的構(gòu)造確保由均化設(shè)備引起的流體流的壓力損失被限制。
[0008]因此，根據(jù)本發(fā)明的均化設(shè)備允許流體流中顯示沿基本垂直于流體流的流動(dòng)方向的方向的溫度梯度的溫度分布的快速且可靠的均化，并因此特別適于均化離開熱交換器的流體流。同時(shí)，由均化設(shè)備引起的流體流中的壓力損失特別低。當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的均化設(shè)備被用于均化離開熱交換器的流體流的溫度分布時(shí)，能改善熱交換器的下游的流體流的溫度的感應(yīng)測量的準(zhǔn)確性和可靠性。進(jìn)一步，在熱交換器的下游的流體流應(yīng)該被分為兩個(gè)或更多分流體流時(shí)，均化設(shè)備確保分流體流具有基本相同的溫度。
[0009]流動(dòng)控制設(shè)備優(yōu)選設(shè)置在流體流動(dòng)通道的內(nèi)壁的區(qū)域中。例如，流動(dòng)控制設(shè)備可被附接到流體流動(dòng)通道的內(nèi)壁或與流體流動(dòng)通道的內(nèi)壁整體形成。進(jìn)一步，流動(dòng)控制設(shè)備優(yōu)選為不包括可移動(dòng)元件的靜態(tài)設(shè)備。靜態(tài)流動(dòng)控制設(shè)備不需要用于驅(qū)動(dòng)流動(dòng)控制設(shè)備的外部能源的存在。替代地，流動(dòng)控制設(shè)備允許影響流動(dòng)通過流體流動(dòng)通道的流體流的流動(dòng)特性，例如，以均化流體流中的溫度分布，其中影響流體流的流動(dòng)特性所需的能量輸入取自流體流本身，導(dǎo)致流體流中的壓力下降。然而，如上所討論，在根據(jù)本發(fā)明的均化設(shè)備中，由于流動(dòng)控制設(shè)備的構(gòu)造，由均化設(shè)備引起的流體流中的壓力損失被限制。
[0010]在根據(jù)本發(fā)明的均化設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施例中，流動(dòng)控制設(shè)備被構(gòu)造為使流體流的外層沿著沿流體流動(dòng)通道的內(nèi)壁的螺旋形流體流動(dòng)路徑行進(jìn)。通過迫使流體流的外層沿著螺旋形流體流動(dòng)路徑行進(jìn)，能影響流體流中溫度分布的均化的流體流動(dòng)路徑的有效長度被增力口。因此，均化設(shè)備的均化效果被增強(qiáng)，而不需要增加均化設(shè)備所需的安裝空間。
[0011]流動(dòng)控制設(shè)備可進(jìn)一步被構(gòu)造為在流體流的外層與內(nèi)層之間的緩沖層中誘發(fā)相干渦流。例如，流動(dòng)控制設(shè)備的構(gòu)造可在流體流內(nèi)層的流動(dòng)特性不受影響的情況下在流體流的外層中誘發(fā)旋渦的時(shí)段之后或在流體流已經(jīng)在流體流內(nèi)層的流動(dòng)特性不受影響的情況下通過流體流的外層中誘發(fā)旋渦所沿的流體流動(dòng)通道的長度之后，促使在流體流的外層與內(nèi)層之間的緩沖層中產(chǎn)生相干渦流。
[0012]例如，在流體流的外層與內(nèi)層之間的緩沖層中的相干渦流可通過流動(dòng)控制設(shè)備誘發(fā)，該流動(dòng)控制設(shè)備被構(gòu)造為在流體流中引起壓差，特別在流動(dòng)控制設(shè)備的下游區(qū)域引起壓差。然而，當(dāng)流動(dòng)控制設(shè)備使流動(dòng)流的外層沿著螺旋形流體流動(dòng)路徑行進(jìn)而內(nèi)層仍然沿著基本沿流體流動(dòng)通道的縱向軸線的流體流動(dòng)路徑行進(jìn)時(shí)，或者當(dāng)流體流的外層中誘發(fā)的旋渦的角速度大于內(nèi)層的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的角速度(這例如可以是流動(dòng)控制設(shè)備的下游區(qū)域中的情況)時(shí)，也可在流體流的外層與內(nèi)層之間的緩沖層中誘發(fā)相干渦流。在這種情況下，內(nèi)層與外層之間的相對運(yùn)動(dòng)在外層與內(nèi)層之間的緩沖層中誘發(fā)另外的旋渦，并因此在流體流的外層與內(nèi)層之間的緩沖層中產(chǎn)生相干渦流。流體流的外層與內(nèi)層之間的緩沖層中的相干渦流的產(chǎn)生進(jìn)一步改善均化設(shè)備的均化效果。優(yōu)選地，渦流的直徑達(dá)到流體流動(dòng)通道的直徑的尺寸的一半，導(dǎo)致均化設(shè)備的最佳均化效果。
[0013]流體流動(dòng)通道可包括具有第一流動(dòng)截面的第一部分和具有比第一流動(dòng)截面小的第二流動(dòng)截面的第二部分。例如，流體流動(dòng)通道的第一部分可由熱交換器的集管限定，流體流動(dòng)通道的第二部分可由在熱交換器下游延伸的管限定。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的均化設(shè)備的流動(dòng)控制設(shè)備可包括從流體流動(dòng)通道的內(nèi)壁延伸到流體流動(dòng)通道中的至少一個(gè)流動(dòng)控制葉片。流動(dòng)控制葉片可被附接到流體流動(dòng)通道的內(nèi)壁或與流體流動(dòng)通道的內(nèi)壁整體形成。優(yōu)選地，至少一個(gè)流動(dòng)控制葉片的內(nèi)邊緣區(qū)域被布置為與流體流動(dòng)通道的中心軸線相距預(yù)定距離。流動(dòng)控制葉片的這種設(shè)計(jì)確保至少對于某一時(shí)段和/或至少沿流體流動(dòng)通道的某一長度，流動(dòng)通過流體流動(dòng)通道的流體流的內(nèi)層基本保持不受流動(dòng)控制設(shè)備的影響，但是流動(dòng)控制設(shè)備在流體流的外層中誘發(fā)旋渦。流動(dòng)控制設(shè)備還可包括多個(gè)流動(dòng)控制葉片，例如，沿流體流動(dòng)通道的周邊分布的四個(gè)流動(dòng)控制葉片。
[0015]流動(dòng)控制設(shè)備的至少一個(gè)流動(dòng)控制葉片可相對于流體流動(dòng)通道的內(nèi)壁傾斜。具體而言，流動(dòng)控制葉片的第一主表面與流體流動(dòng)通道的內(nèi)壁之間限定的角度可小于90°，并且流動(dòng)控制葉片的第二主表面與流體流動(dòng)通道的內(nèi)壁之間限定的角度可大于90°。流動(dòng)控制葉片的主表面可基本平行于流體流動(dòng)通道的縱向軸線延伸，即基本平行于在流動(dòng)控制設(shè)備的上游流動(dòng)通過的流體流動(dòng)通道的流體流的流動(dòng)方向延伸。包括至少一個(gè)傾斜的流動(dòng)控制葉片的流動(dòng)控制設(shè)備適于在流體流中受到流動(dòng)控制設(shè)備影響的層中誘發(fā)旋渦，即旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而流體流的外層沿著沿流體流動(dòng)通道的內(nèi)壁的螺旋形流體流動(dòng)路徑行進(jìn)。
[0016]替代地或除此之外，流動(dòng)控制設(shè)備的至少一個(gè)流動(dòng)控制葉片可被設(shè)計(jì)為使得流動(dòng)控制葉片的主表面中的一個(gè)被提供具有凹曲度。優(yōu)選地，流動(dòng)控制葉片被設(shè)計(jì)為使得其主表面中的一個(gè)被提供具有凹曲度，而其主表面中的另一個(gè)顯示凸曲度。彎曲的流動(dòng)控制葉片有助于在流體流的受到流動(dòng)控制設(shè)備影響的層中產(chǎn)生旋渦。
[0017]在流動(dòng)控制設(shè)備的下游端的區(qū)域中，流體流的外層逐漸與內(nèi)層相互作用，促使外層與內(nèi)層之間的緩沖層中的渦流的形成。進(jìn)一步，由于至少一個(gè)流動(dòng)控制葉片的上述設(shè)計(jì)，流體流的外層與內(nèi)層之間的壓力差產(chǎn)生，特別在流動(dòng)控制設(shè)備的下游，這有助于流體流的外層與內(nèi)層之間的緩沖層中的相干渦流的產(chǎn)生。
[0018]在流體流動(dòng)通道包括第一部分和第二部分的情況下，流動(dòng)控制設(shè)備的至少一個(gè)流動(dòng)控制葉片可包括設(shè)置在流體流動(dòng)通道的第一部分中的第一部分和設(shè)置在流體流動(dòng)通道的第二部分中的第二部分。優(yōu)選地，流動(dòng)控制葉片的第一部分和第二部分的設(shè)計(jì)適于流體流動(dòng)通道的第一部分和第二部分的流動(dòng)橫截面。具體而言，流動(dòng)控制葉片優(yōu)選被設(shè)計(jì)為使得流動(dòng)控制葉片的第一部分的內(nèi)邊緣區(qū)域與流動(dòng)控制葉片的第二部分的內(nèi)邊緣區(qū)域被布置為與流體流動(dòng)通道的中心軸線相距基本恒定的預(yù)定距離。流動(dòng)控制葉片的該設(shè)計(jì)確保流動(dòng)通過流體通道的流體流的內(nèi)層基本保持不受流動(dòng)控制設(shè)備的影響，雖然流體流動(dòng)通道的第二部分的流動(dòng)橫截面小于流體流動(dòng)通道的第一部分的流動(dòng)橫截面。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的均化設(shè)備的流動(dòng)控制設(shè)備可包括提供在流體流動(dòng)通道的內(nèi)壁的區(qū)域中的第一螺旋形槽。該槽可與流體流動(dòng)通道的內(nèi)壁整體形成或可由附接到流體流動(dòng)通道的內(nèi)壁的槽形部件限定。形成在流體流動(dòng)通道的內(nèi)壁中的螺旋形槽在流動(dòng)通過流體流動(dòng)通道的流體流的外層中誘發(fā)旋渦，即旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而至少對于某一時(shí)段和/或至少沿流體流動(dòng)通道的某一長度，流體流的內(nèi)層基本保持不受影響。進(jìn)一步，流體流的外層在流動(dòng)通過槽時(shí)沿著沿流體流動(dòng)通道的內(nèi)壁的螺旋形流體流動(dòng)路徑行進(jìn)。在槽的下游端區(qū)域中，外層逐漸與內(nèi)層相互作用，促使在外層與內(nèi)層之間的緩沖層中形成渦流。
[0020]流動(dòng)控制設(shè)備可進(jìn)一步包括提供在流體流動(dòng)通道的內(nèi)壁區(qū)域中的第二螺旋形槽，從而第一螺旋形槽的繞組(winding)與第二螺旋形槽的繞組交替地提供在流體流動(dòng)通道的內(nèi)壁的區(qū)域中。為流動(dòng)控制設(shè)備提供兩個(gè)槽允許進(jìn)一步增加用于流體流的外層的流體流動(dòng)路徑的長度，并因此增強(qiáng)流動(dòng)控制設(shè)備的均化效果。第一螺旋形槽的上游端可被設(shè)置在流體流動(dòng)通道的適于具有第一溫度的流體流動(dòng)通過的第一區(qū)域中，并且第二螺旋形槽的上游端可被設(shè)置在流體流動(dòng)通道的適于具有第二溫度的流體流動(dòng)通過的第二區(qū)域中。槽的這種設(shè)計(jì)確保具有第一溫度的流體與具有第二溫度的流體緊密接觸，由此均化流體流中的溫度分布。
[0021]包括至少一個(gè)螺旋形槽的流動(dòng)控制設(shè)備優(yōu)選設(shè)置在流體流動(dòng)通道的第二部分中。特別地，螺旋形槽可設(shè)置于在熱交換器的下游延伸并具有圓形橫截面的管的內(nèi)壁區(qū)域中。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的均化設(shè)備的流動(dòng)控制設(shè)備可包括從流體流動(dòng)通道的內(nèi)壁延伸的至少一個(gè)流動(dòng)控制葉片或提供在流體流動(dòng)通道的內(nèi)壁的區(qū)域中的至少一個(gè)螺旋形槽。然而，還可想到均化設(shè)備的流動(dòng)控制設(shè)備被提供有從流體流動(dòng)通道的內(nèi)壁延伸的至少一個(gè)流動(dòng)控制葉片和提供在流體流動(dòng)通道的內(nèi)壁的區(qū)域中的至少一個(gè)螺旋形槽。例如，流動(dòng)控制設(shè)備的至少一個(gè)流動(dòng)控制葉片可至少部分地設(shè)置在流體流動(dòng)通道的第一部分中，流動(dòng)控制設(shè)備的至少一個(gè)螺旋形槽可形成在流體流動(dòng)通道的第二部分的內(nèi)壁中。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的熱交換器組件包括至少一個(gè)熱交換器和如上所述的均化設(shè)備。均化設(shè)備設(shè)置在熱交換器的出口處并用于均化離開熱交換器的流體流中的溫度分布。均化設(shè)備可至少部分地整合到熱交換器中。例如，均化設(shè)備的流動(dòng)控制設(shè)備可至少部分地設(shè)置在熱交換器的集管中。
[0024]在根據(jù)本發(fā)明的均化流體流中的溫度分布的方法中，流體流被引導(dǎo)通過流體通道，該流體通道延伸通過主體。進(jìn)一步，通過設(shè)置在流體流動(dòng)通道中的流動(dòng)控制設(shè)備在流動(dòng)通過流體流動(dòng)通道的流體流的外層中誘發(fā)旋渦，同時(shí)至少對于某一時(shí)段和/或至少沿流體流動(dòng)通道的某一長度，流體流的內(nèi)層的流動(dòng)特性保持不受流動(dòng)控制設(shè)備的影響。
[0025]優(yōu)選地，使流體流的外層沿著沿流體流動(dòng)通道的內(nèi)壁的螺旋形流體流動(dòng)路徑行進(jìn)。
[0026]優(yōu)選地，在流體流的外層與內(nèi)層之間的緩沖層中誘發(fā)相干渦流。
[0027]如上所述的均化設(shè)備、熱交換組件和/或均化流體流中的溫度分布的方法特別適于在飛機(jī)中使用，特別適于均化離開安裝在飛機(jī)上的熱交換器的流體流中的溫度分布。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]現(xiàn)在參照所附示意圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中:
[0029]圖1示出離開安裝在飛機(jī)上的熱交換器的流體流中的溫度分布；
[0030]圖2示出用于均化離開熱交換器的流體流中的溫度分布的均化設(shè)備的第一實(shí)施例的三維視圖；
[0031]圖3示出由根據(jù)圖2的均化設(shè)備在流體流中誘發(fā)的流動(dòng)特性；
[0032]圖4示出用于均化離開熱交換器的流體流中的溫度分布的均化設(shè)備的第二實(shí)施例的第一個(gè)三維視圖；
[0033]圖5示出根據(jù)圖4的用于均化離開熱交換器的流體流中的溫度分布的均化設(shè)備的第二實(shí)施例的第二個(gè)三維視圖；
[0034]圖6示出由根據(jù)圖4和圖5的均化設(shè)備在流體流中誘發(fā)的流動(dòng)特性；以及
[0035]圖7示出根據(jù)圖2、圖4和圖5的均化設(shè)備對離開熱交換器的流體流中的溫度分布的影響。
【具體實(shí)施方式】
[0036]圖1示出離開安裝在飛機(jī)上的熱交換器的流體流中的溫度分布。由圖1變得明顯的是，流體流顯示在熱交換器的出口面的一邊到另一邊的溫度梯度，其中當(dāng)流體流離開熱交換器的具有第一流動(dòng)橫截面的集管并進(jìn)入在熱交換器的下游延伸且具有比熱交換器集管的第一流動(dòng)橫截面小的第二流動(dòng)橫截面的管時(shí)，基本維持該溫度梯度。在流體流中，冷流主要存在于熱交換器集管的下部分以及在熱交換器下游延伸的管的下部分中。與此相反，暖流主要存在于熱交換器集管和在熱交換器下游延伸的管的上部分中。流體流的中心區(qū)域顯示中間溫度。因此，離開熱交換器的流體流顯示在其橫截面的一邊到另一邊的溫度梯度，即沿基本垂直于流體流的流動(dòng)方向F的方向的溫度梯度。
[0037]為了均化離開熱交換器的流體流的溫度分布，可采用圖2中描繪的均化設(shè)備10。均化設(shè)備10包括具有流體流動(dòng)通道14的主體12，流體流動(dòng)通道14延伸通過主體12。主體12包括熱交換器的集管16，特別是布置在熱交換器的出口處的集管16。主體12進(jìn)一步包括具有圓形橫截面并在熱交換器集管16下游延伸的管18。與圖1中類似，離開熱交換器并流動(dòng)通過流體流動(dòng)通道14的流體流的流動(dòng)方向在圖2中也由箭頭F指示。
[0038]熱交換器的集管16具有比管18的流動(dòng)橫截面大的流動(dòng)橫截面。因此，延伸通過主體12的流體流動(dòng)通道14包括由集管16限定并具有第一流動(dòng)橫截面的第一部分14a。進(jìn)一步，流體流動(dòng)通道14包括由在熱交換器集管16下游延伸的管18限定并具有比流體流動(dòng)通道14的第一部分14a的第一流動(dòng)橫截面小的第二流動(dòng)橫截面的第二部分14b。
[0039]均化設(shè)備10進(jìn)一步包括設(shè)置在流體流動(dòng)通道14的內(nèi)壁22的區(qū)域中的流動(dòng)控制設(shè)備20。在根據(jù)圖2的均化設(shè)備10的實(shí)施例中，流動(dòng)控制設(shè)備20包括從流體流動(dòng)通道14的內(nèi)壁22延伸的四個(gè)流動(dòng)控制葉片24。流動(dòng)控制葉片24沿流體流動(dòng)通道14的周邊分布并相對于流體流動(dòng)通道14的內(nèi)壁22傾斜，從而由流動(dòng)控制葉片24的第一主表面26與流體流動(dòng)通道14的內(nèi)壁22限定的角度α小于90°，并且在流動(dòng)控制葉片24的第二主表面28與流體流動(dòng)通道14的內(nèi)壁22之間限定的角度β大于90°。進(jìn)一步，流動(dòng)控制葉片24被設(shè)計(jì)為使得其第一主表面26被提供具有凸曲度，而其第二主表面28被提供具有凹曲度。
[0040]流動(dòng)控制葉片24的第一上游部分設(shè)置在流體流動(dòng)通道14的第一部分14a內(nèi)，SP，從集管16的內(nèi)壁延伸。流動(dòng)控制葉片24的第二下游部分被布置在流體流動(dòng)通道14的第二部分14b內(nèi)，S卩，從管18的內(nèi)壁延伸。然而，流動(dòng)控制葉片24在流體流流動(dòng)通過流體流動(dòng)通道14的流動(dòng)方向F沿著流動(dòng)控制葉片24全部延伸部的內(nèi)邊緣區(qū)域30被布置為與流體流動(dòng)通道14的中心軸線A相距預(yù)定距離。
[0041 ] 圖3中描繪流動(dòng)控制設(shè)備20對流動(dòng)通過流體流動(dòng)通道14的流體流的流動(dòng)特性的影響。首先，流動(dòng)控制設(shè)備20的流動(dòng)控制葉片24在流動(dòng)通過流體流動(dòng)通道14的流體流的外層32中誘發(fā)旋渦S，即，流體流的外層24相對于流體流的內(nèi)層34的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，參見圖3a。由于流體流的外層32的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，流體流中具有較高溫度的區(qū)域與流體流中具有較低溫度的區(qū)域接觸。結(jié)果，如圖1中描繪的流體流的橫截面的一邊到另一邊的溫度分布被顯著地均化。由于流動(dòng)控制葉片24的內(nèi)邊緣區(qū)域30被布置為與流體流動(dòng)通道14的中心軸線A相距預(yù)定距離，所以流體流的內(nèi)層34在通過流動(dòng)控制設(shè)備20的上游部分時(shí)保持基本不受流動(dòng)控制設(shè)備20的影響。因此，流動(dòng)控制設(shè)備20的上游區(qū)域中的內(nèi)層34通常具有基本平行于流體流動(dòng)通道14的中心軸線A的流動(dòng)方向。在任何情況下，流體流的外層32中誘發(fā)的旋渦S的角速度大于內(nèi)層34的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的角速度，例如，內(nèi)層34的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)在流體流達(dá)到流動(dòng)控制設(shè)備20的下游區(qū)域時(shí)可能產(chǎn)生。結(jié)果，使由流動(dòng)控制設(shè)備20的均化作用弓I起的流體流中的壓力損失最小化。
[0042]由于流動(dòng)控制葉片24的形狀和布置，使得流動(dòng)通過流體通道24的流體流的外層32沿著沿流體流動(dòng)通道24的內(nèi)壁22的螺旋形流體流動(dòng)路徑行進(jìn)。與平行于流體流動(dòng)通道14的中心軸線A延伸的流體流動(dòng)路徑相比，沿流體流動(dòng)通道14的內(nèi)壁22的螺旋形流體流動(dòng)路徑明顯更長，而不需要均化設(shè)備10具有更大的尺寸并因此不需要更大的安裝空間。然而，流體流中溫度分布的均化可沿螺旋形流體流動(dòng)路徑的全部長度發(fā)生，從而可實(shí)現(xiàn)流體流中的溫度分布的非常有效地均化。
[0043]由于流體流的外層32與內(nèi)層34之間的相對運(yùn)動(dòng)并且由于流動(dòng)控制設(shè)備20的下游區(qū)域中存在的壓力差，在流動(dòng)控制設(shè)備20的下游的流體流的外層與內(nèi)層之間的緩沖層I中誘發(fā)相干渦流，參見圖3b。因此，在流動(dòng)控制設(shè)備20的下游，流體流的內(nèi)層34也包含湍流特性，其進(jìn)一步改善均化設(shè)備10的均化效果。
[0044]圖4和圖5不出均化設(shè)備10的第二實(shí)施例。根據(jù)圖4和圖5的均化設(shè)備10與根據(jù)圖2的布置的不同在于:流動(dòng)控制設(shè)備10不再包括從流體流動(dòng)通道14的內(nèi)壁22延伸的流動(dòng)控制葉片24，而是包括形成在流體流動(dòng)通道14的內(nèi)壁22中的第一螺旋形槽36和第二螺旋形槽38。第一槽36的上游端設(shè)置在流體流動(dòng)通道14的下部區(qū)域中，即，在流體流動(dòng)通道14中具有較低溫度的流體流動(dòng)通過的區(qū)域中。相比之下，形成在流體流動(dòng)通道14的內(nèi)壁22中的第二槽38的上游端被布置在流體流動(dòng)通道14的上部區(qū)域中，即，在流體流動(dòng)通道14中具有較高溫度的流體流動(dòng)通過的區(qū)域中。
[0045]與根據(jù)圖2的均化設(shè)備10中的流動(dòng)控制設(shè)備20的流動(dòng)控制葉片24類似，形成在流體流動(dòng)通道14的內(nèi)壁22中的槽36和38首先在流動(dòng)通過流體流動(dòng)通道14的流體流的外層32中誘發(fā)旋渦S，而當(dāng)通過流動(dòng)控制設(shè)備20的上游部分時(shí)，流體流的內(nèi)層34基本保持不受流動(dòng)控制設(shè)備20的影響，參見圖6a。由于外層32相對于內(nèi)層34的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，具有較低溫度的流體與具有較高溫度的流體緊密接觸，導(dǎo)致流動(dòng)通過流體流動(dòng)通道14的流體流中的溫度分布的均化。同時(shí)，使由流動(dòng)控制設(shè)備20引起的流體流中的壓力損失最小化。
[0046]流動(dòng)控制設(shè)備20的上游區(qū)域中的內(nèi)層34通常具有基本平行于流體流動(dòng)通道14的中心軸線A的流動(dòng)方向。在任何情況下，流體流的外層32中誘發(fā)的旋渦S的角速度大于內(nèi)層34的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的角速度，例如，內(nèi)層34的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)在流體流達(dá)到流動(dòng)控制設(shè)備20的下游區(qū)域時(shí)可能產(chǎn)生。因此，流體流的沿著沿流體流動(dòng)通道14的內(nèi)壁22的螺旋形流體流動(dòng)路徑行進(jìn)的外層32用作一種用于內(nèi)層34的“滾柱軸承(roller bearing)”，導(dǎo)致由槽36、38限定的流線(fluid strand)圍繞流線的中心軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),其中流線的該旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)甚至在槽36、38的下游也能維持。在流動(dòng)控制設(shè)備20的下游區(qū)域，流體流的外層32與內(nèi)層34之間的相對運(yùn)動(dòng)在流體流的外層32與內(nèi)層32之間的緩沖層I中誘發(fā)相干渦流，參見圖6b。因此，在流動(dòng)控制設(shè)備20的下游區(qū)域中，流體流的內(nèi)層34也包含由流動(dòng)控制設(shè)備20誘發(fā)的湍流特性。結(jié)果，能進(jìn)一步增強(qiáng)均化設(shè)備10的均化效果。
[0047]圖6中描繪根據(jù)圖2、圖4和圖5的均化設(shè)備10的效果。具體而言，圖6顯示流體流中在流體流的橫截面的一邊到另一邊的溫度分布(即沿基本垂直于流體流的一般流動(dòng)方向F)被基本均化。
[0048]在如上所述的均化設(shè)備10的示例性實(shí)施例中，流動(dòng)控制設(shè)備20包括形成在流體流動(dòng)通道14的內(nèi)壁22中的流動(dòng)控制葉片24或槽36、38。然而，還能想到為流動(dòng)控制設(shè)備20提供被提供在流體流動(dòng)通道14的內(nèi)壁22中的流動(dòng)控制葉片24和至少一個(gè)槽36、38。進(jìn)一步，參照均化設(shè)備10的僅一個(gè)示例性實(shí)施例的上述所有特征還可用于均化設(shè)備10的另一實(shí)施例中。
【權(quán)利要求】
1.一種均化設(shè)備(10)，包括: 具有流體流動(dòng)通道(14)的主體(12)，所述流體流動(dòng)通道(14)延伸通過所述主體(12);以及 流動(dòng)控制設(shè)備(20)，該流動(dòng)控制設(shè)備(20)被設(shè)置在所述流體流動(dòng)通道(14)中并被構(gòu)造為在流動(dòng)通過所述流體流動(dòng)通道(14)的流體流的外層(32)中誘發(fā)旋渦(S)，同時(shí)所述流體流的內(nèi)層(34)的流動(dòng)特性基本保持不受所述流動(dòng)控制設(shè)備(20)的影響。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均化設(shè)備，其中所述流動(dòng)控制設(shè)備(20)被構(gòu)造為使流動(dòng)通過所述流體流動(dòng)通道(14)的所述流體流的所述外層(32)沿著沿所述流體流動(dòng)通道(14)的內(nèi)壁(22)的螺旋形流體流動(dòng)路徑行進(jìn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均化設(shè)備，其中所述流動(dòng)控制設(shè)備(20)被構(gòu)造為在被設(shè)置在所述流體流的所述外層(32)與所述內(nèi)層(34)之間的緩沖層(B)中誘發(fā)相干渦流(E)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均化設(shè)備，其中所述流體流動(dòng)通道(14)包括具有第一流動(dòng)橫截面的第一部分(14a)和具有比所述第一流動(dòng)橫截面小的第二流動(dòng)橫截面的第二部分(14b)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均化設(shè)備，其中所述流動(dòng)控制設(shè)備(20)包括從所述流體流動(dòng)通道(14)的所述內(nèi)壁(22)延伸到所述流體流動(dòng)通道(14)中的至少一個(gè)流動(dòng)控制葉片(24)，其中所述至少一個(gè)流動(dòng)控制葉片(24)的內(nèi)邊緣區(qū)域(30)優(yōu)選被布置為與所述流體流動(dòng)通道(14)的中心軸線(A)相距預(yù)定距離。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的均化設(shè)備，其中所述至少一個(gè)流動(dòng)控制葉片(24)相對于所述流體流動(dòng)通道(14)的所述內(nèi)壁(22)傾斜，從而所述流動(dòng)控制葉片(24)的第一主表面(26)之間限定的角度(α )小于90°，并且所述流動(dòng)控制葉片(24)的第二主表面(28)之間限定的角度(β )大于90°，和/或所述至少一個(gè)流動(dòng)控制葉片(24)被設(shè)計(jì)為使得所述主表面(26、28)中的一個(gè)被提供具有凹曲度。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的均化設(shè)備，其中所述至少一個(gè)流動(dòng)控制葉片(24)包括設(shè)置在所述流體流動(dòng)通道(14)的所述第一部分(14a)中的第一部分和設(shè)置在所述流體流動(dòng)通道(14)的所述第二部分(14b)中的第二部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均化設(shè)備，其中所述流動(dòng)控制設(shè)備(20)包括形成在所述流體流動(dòng)通道(14)的所述內(nèi)壁(22)的區(qū)域中的第一螺旋形槽(36)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的均化設(shè)備，其中所述流動(dòng)控制設(shè)備(20)包括形成在所述流體流動(dòng)通道(14)的所述內(nèi)壁(22)的區(qū)域中的第二螺旋形槽(38)，從而所述第一螺旋形槽(36)的繞組與所述第二螺旋形槽(38)的繞組交替地形成在所述流體流動(dòng)通道(14)的所述內(nèi)壁(22)的區(qū)域中，其中所述第一螺旋形槽(36)的上游端被設(shè)置在所述流體流動(dòng)通道(14)的適于具有第一溫度的流體流動(dòng)通過的第一區(qū)域中，并且所述第二螺旋形槽(36 )的上游端被設(shè)置在所述流體流動(dòng)通道(14)的適于具有第二溫度的流體流動(dòng)通過的第二區(qū)域中，以確保具有第一溫度的所述流體與具有第二溫度的所述流體緊密接觸。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的均化設(shè)備，其中所述流動(dòng)控制設(shè)備(20)被設(shè)置在所述流體流動(dòng)通道(14)的所述第二部分(14b)中。
11.一種熱交換器組件，包括: 熱交換器；和根據(jù)權(quán)利要求1所述的均化設(shè)備(10)，所述均化設(shè)備(10)被設(shè)置在所述熱交換器的出口處。
12.—種均化流體流中的溫度分布的方法，所述方法包括以下步驟: 將流體流引導(dǎo)通過流體通道(14)，該流體通道(14)延伸通過主體(12);和 通過設(shè)置在所述流體流動(dòng)通道(14)中的流動(dòng)控制設(shè)備(20)在流動(dòng)通過所述流體流動(dòng)通道(14)的所述流體流的外層(32)中誘發(fā)旋渦(S)，同時(shí)所述流體流的內(nèi)層(34)的流動(dòng)特性基本保持不受所述流動(dòng)控制設(shè)備(20)的影響。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述流動(dòng)控制設(shè)備(20)使流動(dòng)通過所述流體流動(dòng)通道(14)的所述流體流的所述外層(32)沿著沿所述流體流動(dòng)通道(14)的內(nèi)壁(22)的螺旋形流體流動(dòng)路徑行進(jìn)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中在所述流體流的所述外層(32)與所述內(nèi)層(34)之間的緩沖層(I)中誘發(fā)相干渦流(E)。
15.在飛機(jī)中使用根據(jù)權(quán)利要求1所述的均化設(shè)備(10)、根據(jù)權(quán)利要求10所述的熱交換組件和/或根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法。
【文檔編號(hào)】F28F13/02GK103575158SQ201310302880
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年7月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月18日
【發(fā)明者】安德里亞·威克斯 申請人:空中客車作業(yè)有限公司