Die Erfindung betrifft einen Strömungskörper nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 zur Beeinflussung der Dynamik einer Strömung sowie Verwendungen
dieses Strömungskörpers.
Strömungs- oder Ablenkkörper werden in verschiedenen Bereichen der
Technik eingesetzt, um Strömungen abzulenken oder in ihrer Dynamik zu beeinflussen.
In der Verbrennungstechnik ist es beispielsweise bekannt, zur besseren Verteilung
eines zu verbrennenden Brennstoffgemischs innerhalb einer Reaktionskammer eine Ablenkfläche
in Strömungsrichtung des Gemischs anzuordnen. Eine derartige Ablenkfläche wird in
der WO 99/24756 dazu verwendet, das zu verbrennende Gemisch aus der ursprünglichen
Einströmrichtung abzulenken und möglichst symmetrisch im Inneren der Reaktionskammer
zu verteilen, wodurch eine Vermischung der einzelnen Komponenten des Brennstoffgemischs
und damit eine schnelle und vollständige Verbrennung des selbigen unterstützt wird.
Als Ablenkfläche werden in dieser Schrift Kegel- oder Pyramidenoberflächen vorgeschlagen,
deren Spitze in Richtung des einströmenden Gemisches zeigt.
Als nachteilig erweist sich bei einer derartigen Ablenkfläche, dass
durch die mit der Ablenkung verbundene Abbremsung der Komponenten des Brennstoffgemischs
sowie durch teilweise Reflexionen dieser Komponenten zurück in Richtung der Einströmöffnungen
eine homogene, sich in Richtung der Auslassöffnung der Reaktionskammer beschleunigende
Strömung des verbrennenden Gemischs nicht in der gewünschten Weise erzielt werden
kann.
Weiterhin ist aus der DE 21
53 817 OS ein Brenner zur Verbrennung von Abfallstoffen bekannt, bei dem
die Abfallstoffe zusammen mit Luft, die stufenweise zugeführt wird, in einen Verbrennungsraum
gelangen in dem ein sogenannter Glühkopf angeordnet ist. Dieser Glühkopf besitzt
eine kegelförmige Gestalt und ist mit seiner Spitze in Richtung des einströmenden
zu verbrennenden Gemischs und koaxial zur Raumachse des Verbrennungsraums angeordnet.
Dieser Glühkopf besitzt eine Temperatur von 1200 bis 1400°C und bewirkt eine
Verbrennung noch unverbrannter Teile des Abfallstoffs, wie beispielsweise schwer
brennbare feste Teilchen. Dieser Glühkopf kann auch als Ring ausgebildet sein.
Auf die Strömungsdynamik im Verbrennungsraum hat ein derartiger Glühkopf
gemäß DE 21 53 817 OS aus den bereits
erwähnten Gründen einen negativen Einfluss.
Von dieser Problematik ausgehend stellt sich vorliegende Erfindung
die Aufgabe, einen Strömungskörper anzugeben, der allgemein die Dynamik einer Strömung
für verschiedene Verwendungen positiv beeinflusst und insbesondere ermöglicht; die
Strömung zu vergleichmäßigen und die Strömungsgeschwindigkeit zu steuern. Der Strömungskörper
soll sieh insbesondere zum Einsatz bei der Verbrennung eines Brennstoffgemischs
eignen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs
1 gelöst. Erfindungsgemäße Verwendungen des Strömungskörpers sind in den jeweiligen
Verwendungsansprüchen angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den
jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Erfindungsgemäß wird die äußere Oberfläche des Strömungskörpers durch
Rotation der Oberseite eines Tragflügelprofils um seine Profilsehne erzeugt.
Dabei kann es vorteilhaft sein, den Strömungskörper in seiner Geometrie
veränderbar zu gestalten. Hierzu kann der Strömungskörper aus mehreren Teilen zusammengesetzt
sein, die austauschbar sind, um Geometrieparameter wie Durchmesser oder Länge sich
ändernden Situationen anpassen zu können. Es ist auch denkbar, einen dynamisch in
seiner Geometrie veränderbaren Strömungskörper zu gestalten.
Bei einem vollständig rotationssymmetrischen erfindungsgemäßen Strömungskörper
sind bei einem parallel zur Rotationsachse anströmenden Fluid die Strömungszeiten
entlang der Oberfläche des Strömungskörpers gleich. Bei einem Airfoil existieren
zwei Staupunkte, wobei der vordere Staupunkt am stumpfen Ende und der hintere Staupunkt
an der spitzen Profilhinterkante liegt. Es ist vorteilhaft, den Strömungskörper
in der Strömung derart anzuordnen, dass der hintere Staupunkt stromabwärts liegt.
Bei einer solchen Anordnung erhöht sich bei der Strömung vom vorderen
zum hinteren Staupunkt die Strömungsgeschwindigkeit im Vergleich zur Strömungsgeschwindigkeit
ohne Strömungskörper. Auftretende. Auftriebskräfte, wie sie bei Tragflügelprofilen
bekannt sind, heben sich aufgrund der Symmetrie der Anordnung gegenseitig auf.
Weiterhin lässt sich der genannte rotationssymmetrische erfindungsgemäße
Strömungskörper zur Erzeugung einer laminaren Strömung verwenden. Aufgrund der Rotationssymmetrie
erreichen die vom vorderen Staupunkt ausgehenden Fluidteilchen den hinteren Staupunkt
an der spitzen Profilhinterkante zum gleichen Zeitpunkt, so dass
eine laminare Strömung vorliegt. Gleichzeitig ist die Strömungsgeschwindigkeit gegenüber
derjenigen ohne Strömungskörper erhöht, da sich auf der Oberseite (Saugseite) eines
Airfoils eine Druckverminderung einstellt.
Die Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit durch das Einbringen des
erfindungsgemäßen Strömungskörpers kann zur Erzeugung eines Saugeffektes ausgenutzt
werden, um ein Fluid und/oder von einem Fluid mitgeführte Partikel in Strömungsrichtung
zu beschleunigen und/oder in die Strömung einzubringen (hineinzusaugen). Beispielsweise
können stromaufwärts Zuführöffnungen für feste Partikel angeordnet sein, die aufgrund
des erwähnten Saugeffektes selbständig in die Strömung eingesaugt werden.
Eine weitere Verwendung eines erfindungsgemäßen rotationssymmetrischen
Strömungskörpers ist die als Aufprallfläche, insbesondere in einem strömenden, feste
und/oder flüssige Partikel mitführenden Fluid.
Mit Fluid ist ein gasförmiges oder ein flüssiges Medium oder auch
ein Gemisch aus einem gasförmigen und einem flüssigen Medium gemeint. Derartige
Fluide können in ihrer Strömung Partikel mitführen, die festen oder flüssigen Aggregatszustand
besitzen. Brennstoffgemische bestehen beispielsweise häufig aus einer brennbaren
Flüssigkeit, die schwer brennbare hochviskose (flüssige) oder feste Bestandteile
enthält. Auch Brenngase, die zerstäubte Flüssigkeit und/oder feste Partikel mitführen,
werden als Brennstoffgemisch eingesetzt.
Trifft ein feste und/oder flüssige Partikel mitführendes Fluid auf
einen rotationssymmetrischen erfindungsgemäßen Strömungskörper, werden je nach Strömungs-
und Aufprallgeschwindigkeit die Partikel abgelenkt. Dies kann zum Zerstäuben und
Zerkleinern mitgeführter Flüssigkeitstropfen oder hochviskoser Partikel oder zur
Zerkleinerung fester Partikel ausgenutzt werden. Es ist aber auch möglich, diesen
Effekt zur Separation zu verwenden. Beispielsweise können in radialer Richtung abgelenkte
Partikel an einer Wand (oder ähnlichem) haften bleiben und somit vom restlichen
Fluidstrom abgetrennt werden.
Der erfindungsgemäße Strömungskörper lässt sich auch als Wärmetauscher
einsetzen. Existiert in einer Strömung ein Temperaturgradient, wird durch das Einbringen
eines aus einem wärmeleitenden Material bestehenden erfindungsgemäßen Strömungskörpers
in diesem Strömungskörper (oder auf dessen Oberfläche) ein Wärmestrom einsetzen,
wobei Wärme vom warmen zum kalten Abschnitt des Strömungskörpers fließt.
Wird beispielsweise bei einem Verbrennungsprozess in einem Abschnitt
hinter dem hinteren Staupunkt des erfindungsgemäßen Strömungskörpers eine Flamme
erzeugt, heizt sich im Laufe des Verbrennungsprozesses der Strömungskörper ausgehend
vom hinteren Staupunkt zum vorderen Staupunkt hin auf. Dies hat zur Folge, dass
auf den vorderen Staupunkt auftreffendes Brennstoffgemisch vorgeheizt wird. Weitere
Vorteile ergeben sich aus dem weiter unten geschilderten Einsatz der erfindungsgemäßen
Verwendung eines Strömungskörpers in einem Verbrennungsverfahren.
Eine weitere erfindungsgemäße Verwendung des beschriebenen Strömungskörpers
stellt die Verwendung als Durchflussregler dar. Durchflussregler regeln die Durchflussmenge
und die Durchflussgeschwindigkeit eines strömenden Fluids, indem sie den Durchflussbereich
des Fluids einengen. Bei herkömmlichen Ventilen geschieht dies durch einen in den
Durchflussbereich eingebrachten Ventilkörper. Die Einengung führt jedoch häufig
zur Wirbelbildung am Ventilkörper, so dass eine genaue Messung und Steuerung der
Durchflussmenge bzw. Durchflussgeschwindigkeit erschwert wird. Außerdem ist bei
vielen Anwendungen eine laminare Strömung hinter dem Ventil erwünscht.
Ein rotationssymmetrischer erfindungsgemäßer Strömungskörper kann
nun wie ein Ventilkörper in einem Durchflussregler verwendet werden, indem er mit
seiner Rotationsachse parallel zur Strömungsrichtung und mit seiner spitzen Profilhinterkante
stromabwärts vor einer sich im Querschnitt verringernden Ventilausgangsleitung angeordnet
wird. Der Durchmesser des Strömungskörpers wird in Abhängigkeit von den Leitungsdurchmessern
geeignet gewählt. Durch Verschieben des erfindungsgemäßen Strömungskörpers in Strömungsrichtung
kann der Querschnitt der Ventilausgangsleitung variabel überdeckt und hierdurch
Menge und Geschwindigkeit des in die Ausgangsleitung strömenden Fluids gesteuert
werden. Zum Leitungsverschluss wird der Strömungskörper bis zum Anschlag auf die
Ventilausgangsleitung geschoben. Die am erfindungsgemäßen Strömungskörper vorbeiziehende
Strömung ist laminar und erlaubt eine gute Messung der Durchflussmenge sowie eine
optimale Einstellung der Strömungsgeschwindigkeit.
Eine Verwendung, bei der die obengenannten Eigenschaften des erfindungsgemäßen
Strömungskörpers optimal ausgenutzt werden können, ist die Verwendung in einem Verbrennungsverfahren,
bei dem ein in einer Misch- und Reaktionskammer strömendes Brennstoffgemisch verbrannt
wird, wobei der erfindungsgemäße Strömungskörper mit seiner Hauptachse innerhalb
der Kammer in Strömungsrichtung angeordnet ist.
Für eine optimale Funktion wird auch hier der stumpfe Abschnitt als
vorderer Staupunkt und die spitze Profilhinterkante als hinterer Staupunkt des Strömungskörpers
verwendet. Es ist zum einen möglich, einen rotationssymmetrischen Strömungskörper
einzusetzen, dessen Rotationsachse parallel zur Hauptachse der Misch- und Reaktionskammer
verläuft oder auf dieser liegt. Es ist aber auch möglich, zwei oder mehrere Hälften
oder Teilstücke eines solchen Strömungskörpers (wobei die Trennungsfläche oder Kante
in etwa entlang der Rotationsachse verläuft) einzusetzen und solche Strömungskörperhälften
an der Wand der Kammer entlang des Umfangs verteilt anzuordnen.
Bei einer derartigen Verwendung treten die folgenden günstigen Effekte
auf:
- 1) Das Brennstoffgemisch, das flüssige, gasförmige sowie feste Bestandteile
enthalten kann, wird beim Auftreffen auf den Strömungskörper abgelenkt, wodurch
die Durchmischung der einzelnen zu verbrennenden Komponenten begünstigt wird. Flüssige
Bestandteile zerstäuben beim Aufprall, feste werden zerkleinert. Dies bewirkt zunächst
Turbulenzen im vorderen Bereich des Strömungskörpers. Insgesamt kann hierdurch die
Verweilzeit der Brennstoffkomponenten sowie deren Durchmischung in der Kammer erhöht
werden.
- 2) Gleichzeitig findet eine Vergleichmäßigung der Strömung stromabwärts entlang
des Strömungskörpers statt.
- Das Gemisch wird im Bereich des Strömungskörpers beschleunigt, wobei die Geschwindigkeitsvektoren
in der Umgebung des Strömungskörpers parallel zu diesem verlaufen, und deren Betrag
mit zunehmendem Radialabstand zunächst anwächst, um in Richtung der Außenbegrenzung
(z. B. Kammerwand) wieder abzunehmen. Insgesamt liegt nach Umfließen des Strömungskörpers
eine laminare Strömung vor. An einer Auslassöffnung der Misch- und Reaktionskammer
wird das Brennstoffgemisch entzündet, und eine Flamme entsteht in der Nähe der Auslassöffnung.
Dabei ist es wesentlich, keinen Rückfluss des Brennstoffgemischs oder der Verbrennungsprodukte
entgegen der Richtung der Auslassöffnung zu erzeugen, um insbesondere ein Rückschlagen
der Flamme zu verhindern. Durch den erfindungsgemäßen Strömungskörper wird die Strömung
des Brennstoffgemischs zur Auslassöffnung hin beschleunigt, so dass die Verbrennungsprodukte
mit hoher Geschwindigkeit (bis nahe oder über Schallgeschwindigkeit) die Kammer
durch die Auslassöffnung verlassen, was eine Saugwirkung zur Folge hat, durch die
die Zuführung der Komponenten des Brennstoffgemischs in die Kammer unterstützt wird.
- 3) Schließlich wirkt der erfindungsgemäße Strömungskörper bei dieser Anwendung
als Wärmetauscher, da sich der Körper ausgehend vom hinteren Staupunkt, der der
Verbrennungsflamme am nächsten liegt, in Richtung vorderer Staupunkt aufheizt. Im
Dauerbetrieb kann folglich der Strömungskörper als Wärmetauscher eingesetzt werden,
der die einströmenden Bestandteile des Brennstoffgemischs vorheizt. Dies unterstützt
das Zerstäuben und Verdampfen von flüssigen Bestandteilen, das Zerkleinern und Sublimieren
fester Bestandteile und insgesamt das Vorheizen des Brennstoffgemischs, wodurch
insbesondere die Viskosität schwer brennbarer hochviskoser Bestandteile herabgesetzt
wird. Aufgrund dieser Effekte erhöht sich die Verbrennungsgeschwindigkeit und die
vollständige Verbrennung auch schwer brennbarer Bestandteile im Gemisch wird begünstigt.
Hierdurch wird die Leistung des Brenners (Heizleistung) deutlich erhöht, so daß
in gleichen Zeiteinheiten mehr Brennstoff verbrannt werden kann.
Optimal ist die Anordnung eines rotationssymmetrischen Strömungskörpers
mit seiner Rotationsachse auf der Achse der Reaktionskammer, wobei der hintere Staupunkt
(spitze Profilhinterkante) zur Auslassöffnung der Kammer hin gerichtet ist. Vorteilhaft
ist eine Anordnung in der Nähe der Auslassöffnung, wobei durch Positionsänderung
des Strömungskörpers die entstehende Verengung im Bereich der Auslassöffnung einstellbar
ist.
Der Strömungskörper kann beispielsweise über dünne Haltestege von
der (zylindrischen) Wand der Kammer ausgehend gehalten werden. Auch ein mehrteiliger
Aufbau ist vorteilhaft, so dass einzelne Komponenten des Strömungskörpers zur Optimierung
des Verbrennungsprozesses ausgetauscht werden können. Beispielsweise kann der Strömungskörper
in einen vorderen, mittleren und einen hinteren Abschnitt unterteilt sein, wobei
durch Austausch dieser Abschnitte die Geometrieparameter verändert werden können.
Zur Messung der Parameter des Verbrennungsprozesses sowie der Eigenschaften des
Strömungskörpers selbst können über die genannten Haltestege Sensoren und Messleitungen
an oder in den Strömungskörper von außen zugeführt werden. Dies ermöglicht in einfacher
Weise einen Zugang in das Innere der Misch- und Reaktionskammer.
Anhand der Figuren soll die Erfindung in Ausführungsbeispielen im
folgenden näher erläutert werden.
1 zeigt den erfindungsgemäßen Strömungskörper
in rotationssymmetrischer Form.
2 zeigt das der Geometrie des erfindungsgemäßen
Strömungskörpers zugrundeliegende Airfoil.
3 zeigt eine Verwendungsmöglichkeit des
erfindungsgemäßen Strömungskörpers bei einem Verbrennungsprozeß in einer Misch-
und Reaktionskammer.
4 zeigt die Trajektorien eines Fluidstroms
in der in 3 dargestellten Misch- und Reaktionskammer
während des Verbrennungsprozesses.
5 zeigt eine ähnliche Darstellung wie
4.
6 zeigt die Mach-Zahlen im Hals der Misch-
und Reaktionskammer aus den 4 und 5.
7 zeigt die Geschwindigkeitsvektoren
im oberen Teil einer Misch- und Reaktionskammer, wie sie in den 4
und 5 dargestellt ist.
8 zeigt eine Darstellung gemäß
7 in höherer Auflösung.
1 zeigt in dreidimensionaler Darstellung
einen erfindungsgemäßen Strömungskörper 1 mit seinen beiden Staupunkten
2 und 3. Der Strömungskörper 1 besitzt rotationssymmetrische
Gestalt und entspricht in diesem Beispiel im wesentlichen einem rotationssymmetrischen
Airfoil. Strömungstechnisch ist eine Anordnung günstig, bei der der Staupunkt
2 als vorderer Staupunkt, der Staupunkt 3 als hinterer Staupunkt
verwendet wird, die Strömung also vom vorderen Staupunkt 2 zum hinteren
Staupunkt 3 fließt.
2 zeigt ein Beispiel eines Airfoils
15 mit einer Oberseite 11 und einer Unterseite 12, einem
vorderen Staupunkt 2 und einem hinteren Staupunkt 3 sowie einer
Profilsehne 13 und einer Mittellinie 14. Bei Rotation eines derartigen
Airfoils 15 um die Profilsehne 13 entsteht die Oberfläche eines
erfindungsgemäßen Strömungskörpers 1, wie er beispielsweise in
1 dargestellt ist. Wie aus 2
ersichtlich, kommt es bei der Rotation des Airfoils aufgrund der Geometrieverhältnisse
nur auf die Oberseite 11 an, so daß das rotationssymmetrische Airfoil auch
durch Rotation der Oberseite 11 des Airfoils (bzw. eines Tragflügelquerschnitts)
um die Profilsehne 13 erzeugt werden kann.
3 illustriert eine erfindungsgemäße Verwendung
des oben beschriebenen Strömungskörpers 1 in einem Verbrennungsverfahren.
Dargestellt ist eine Misch- und Reaktionskammer 4, deren unterer Abschnitt
5 zylindrische Gestalt aufweist, und die sich zunächst nach oben hin im
Abschnitt 6 kegelförmig verjüngt. Im Hals 9 erreicht die Kammer
ihren geringsten Querschnitt, der sich von dort ausgehend im Kopf 7 wieder
vergrößert. Der Kammerkopf 7 besitzt eine hyperboloidartige Form. Die Auslassöffnung
der Kammer ist mit 8 gekennzeichnet. Im Boden der Kammer 4 sind Zuführleitungen
5 für die Bestandteile des zu verbrennenden Gemischs, wie beispielsweise
gasförmiger und/oder flüssiger und/oder fester Brennstoff, Luft und/oder ein weiteres
oder anderes Oxidationsmittel und eventuell Wasser oder andere Zusätze.
Die Bestandteile des Brennstoffgemischs werden unter Druck zunächst
in das Innere der Kammer 4 eingeleitet und im Inneren der Kammer
4 gezündet. Zu den Einzelheiten des Verbrennungsprozesses sei an dieser
Stelle ausdrücklich auf die WO 99/24756 derselben Anmelderin verwiesen.
Aufgrund der Strömungsverhältnisse in der Misch- und Reaktionskammer
4 bildet sich die eigentliche Verbrennungsflamme in der Umgebung der Auslassöffnung
8 aus. Die Strömungsverhältnisse im Inneren der Kammer müssen so ausgebildet
sein, daß zum einen ein Abreißen der Flamme verhindert wird, zum anderen ein Rückschlagen
der Flamme in das Innere der Kammer vermieden wird. Ein ideales Instrument zur Regelung
und Steuerung der Strömungsverhältnisse im Inneren der Kammer 4 bildet
der erfindungsgemäße Strömungskörper 1. Er kann durch Halte- und/oder Führungsstege
im Inneren der Kammer 4 ortsfest oder ortsvariabel gehaltert sein, insbesondere
ist eine Verschiebungsmöglichkeit entlang der Hauptachse der Kammer in Richtung
des Halses 9 vorteilhaft.
4 zeigt den Teilchenstrom, wie er bei
Betrieb der Misch- und Reaktionskammer 4 ausgebildet ist. Anhand der Trajektorien
10 ist deutlich erkennbar, daß es im unteren zylindrischen Abschnitt
5 der Kammer 4 zu Turbulenzen kommt, in deren Verlauf einzelne
Trajektorien einen Weg zurück in Richtung Boden der Kammer 4 beschreiben.
Diese Turbulenzen sind für das Verbrennungsverfahren vorteilhaft, da sie zu einer
höheren Durchmischung und längeren Verweilzeit der Komponenten des Brennstoffgemischs
in der Kammer 4 führen, wodurch die vollständige Verbrennung begünstigt
wird.
Im weiteren Verlauf, d.h. in Richtung des sich verjüngenden Kammerabschnitts
6, erkennt man aus 4 deutlich eine sich ordnende
Strömung, die entlang des erfindungsgemäßen Strömungskörpers 1 laminar
wird, wobei sich das Profil des erfindungsgemäßen Strömungskörpers 1 gleichsam
im Strömungsverlauf fortsetzt.
Am hinteren Staupunkt 3 des Strömungskörpers 1,
der im Ausführungsbeispiel gemäß 4 nahezu im Hals
9 der Kammer 4 angeordnet ist, liegt eine vollständig vergleichmäßigte
Strömung vor, die die Kammer 4 über den Kammerkopf 7 durch die
Auslassöffnung 8 verläßt. Dort brennt stabil eine (nicht
dargestellte) Flamme.
Es sei darauf hingewiesen, daß in 4 der
Strömungsverlauf eines Fluids und/oder von einem Fluid mitgerissener Partikel anhand
beispielhaft dargestellter Trajektorien von Modellteilchen dargestellt ist.
Eine ähnliche Darstellung wie die der 4
zeigt die 5, für die eine andere dreidimensionale Ansicht
gewählt ist. Es gelten hier die gleichen Ausführungen wie für die bereits erörterte
4. Gleiche Bestandteile sind mit gleichen Bezugsziffern
gekennzeichnet.
6 zeigt nun den oberen Abschnitt einer
wie in den 4 und 5
dargestellten Misch- und Reaktionskammer 4, wobei die Verhältnisse der
Geschwindigkeitsverteilung im Hals 9 der Kammer 4 dargestellt
sind. Dargestellt ist die Verteilung der Mach-Zahlen im Hals 9 und im Kopf
7 der Kammer 4 bei einem Verbrennungsprozess. Die Temperaturen
betragen bei diesem Beispiel etwa 1.300°C. Dargestellt sind in unterschiedlichen
Graustufen die Mach-Zahlen, also das Vielfache der Schallgeschwindigkeit. Aufgrund
der Graustufendarstellung ist die ursprüngliche Farbinformation verlorengegangen,
so dass diese durch wörtliche Beschreibung ersetzt werden muß: Deutlich zu sehen
ist die dunklere Manschette um den Hals 9 der Kammer 4, die Bereiche
angibt, in denen die Schallgeschwindigkeit vom ausströmenden Gemisch überschritten
wird. Der Balken links im Bild gibt hierbei die auftretenden Werte an, die zwischen
dem 1,0-fachen und dem 1,5-fachen der Schallgeschwindigkeit liegen.
Niedrigere Werte als Schallgeschwindigkeit sind in 6
durch die gleichmäßige Graufärbung wiedergegeben. Deutlich sichtbar ist der nahe
dem Hals 9 positionierte erfindungsgemäße Strömungskörper 1. Die
Verteilung der Mach-Zahlen ist nunmehr wie folgt: Beginnend mit Mach-Zahl 1,0 am
unteren dunklen Rand der Manschette steigt die Mach-Zahl kontinuierlich auf 1,5,
die Graustufendarstellung entspricht somit genau dem im linken Bildrand dargestellten
Balken. Der Wert 1,5 ist wiederum durch einen dunklen Abschnitt wiedergegeben. Anschließend
sinkt der Wert der Mach-Zahl wieder auf den Wert 1,0 ab, wobei das Absinken innerhalb
eines kürzeren Abschnitts der Manschette erfolgt, so dass hier wieder die umgekehrte
Verteilung des im linken Bildrand dargestellten Balkens vorliegt.
Das beschriebene Erreichen von Überschallgeschwindigkeit wird durch
das Zusammenwirken des erfindungsgemäßen Strömungskörpers 1 mit der Geometrie
der Kammer 4 erreicht. Kopf 7 und Hals 9 der Kammer sind
hyperboloidartig geformt und schließen sich an den verjüngenden Abschnitt
6 an, so dass bereits durch diese Geometrie eine starke Beschleunigung
der Strömung zur Auslassöffnung 8 hin bewirkt wird. Dies wird noch verstärkt
durch den erfindungsgemäßen Strömungskörper 1, auf dessen Oberfläche eine
Druckabsenkung erfolgt, die zu einer Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit führt.
Die 7 und 8
zeigen schließlich die Verteilung der Geschwindigkeitsvektoren im oberen Bereich
der Misch- und Reaktionskammer bzw. am Strömungskörper 1 bei einem Verbrennungsvorgang,
wobei 8 einen Ausschnitt in vergrößerter Darstellung
bietet, bei dem das Airfoil nicht in seiner vollständig rotationssymmetrischen Gestalt,
sondern in einer, unter einem Winkel von 120° aufgeschnittenen Form dargestellt
ist.
Deutlich sichtbar ist, wie sich das Profil des Strömungskörpers
1 in der Strömung fortsetzt, die vollständig gleichmäßig zwischen Strömungskörper
1 und Wand der Kammer 4 zum Hals 9 hin verläuft.
Als Material für den erfindungsgemäßen Strömungskörper 1
eignet sich beispielsweise eine (ODS-)Ni-Legierung oder Keramik-Legierung bzw. ein
Keramiküberzug, insbesondere für den Einsatz in einem Verbrennungsverfahren.
