[发明专利]流体混合器

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种流体混合器，在该混合器中，一种以亚音速流过一个文氏管的第一流体与一个经由一些混入孔输送的第二流体混合，其中在文氏管内设置一个从进口横截面一直延伸到文氏管的最窄横截面为止的第一收敛段和一个从最窄的横截面一直延伸到出口横截面为止的第二扩散段。

背景技术

使用流体混合器用于按所需要的比例并且尽可能均匀地混合两种流体，像例如用于煤气机的空气和燃气。这样的流体混合器通常构造为文氏管并且在环境压力基本恒定时在亚音速范围内工作。在此一种第一流体例如空气流过文氏管，其中流体的速度决不会达到音速。在文氏管的最窄部位，也就是在动态压力（动压头）最大并且静态压力（静压）最小的部位，经由在文氏管内的一些孔输送一种第二流体例如燃气或液态燃料。但是，在最窄的横截面内不能达到音速，并且因此在接着的已知尺寸的扩散部分中还产生流动减速和静态压力增大。扩散的喷管区域由于流动减速而对通流的流体混合物的流体分离特别敏感。因此在现有的流体混合器中，在流体混合器的扩散部分中的流体分离继而相关联的不利的压力损失是一个问题。

原则上要区分拉瓦尔喷嘴与这种按文丘里管原理工作的流体混合器。人们把用于将可压缩燃气流从亚音速状态加速到超音速状态的喷嘴理解为拉瓦尔喷嘴。为了使处于亚音速范围内的燃气加速，需要一种变窄（收敛）的轮廓。进入的亚音速流在收敛的喷嘴部分直到最窄的、临界横截面之间被加速到音速并且从那里在扩散喷嘴部分中进一步被加速到超音速。物理的实际情况的基础在于，超音速流在一个扩散器内被加速（与在扩散器内被减速的亚音速流相反）。因此，在整个拉瓦尔喷嘴中存在一种加速的流动，并且静态压力单调地随着速度升高而下降。通流的燃气的流体分离由于现存的加速的流动的稳定性而不是决定性的。在一个拉瓦尔喷嘴内进行超音速流动时重要得多的效果是所谓的压缩冲击，该压缩冲击通过突然使流动减速到亚音速条件发生并且带有很大的损失。这种类型的压缩冲击在一个拉瓦尔喷嘴内是否产生只依赖于在喷嘴入口与出口之间的压缩比和最小横截面与出口横截面之间的比例。这样的拉瓦尔喷嘴经常用作为火箭喷嘴，其中在这里还已知一些所谓的双钟几何形状，这些双钟几何形状一方面要防止压缩冲击的产生，而另一方面也要形成一些确定的导流器边缘，在这些导流器边缘上以确定的条件使流动中断，从而对于所有的上升高度提供尽可能最佳的拉瓦尔喷嘴。因此，在这里完全有针对性地导致一种流动中断。例如由EP 862688B1、WO 00/34641A1或US 3394549A已知一些这样的拉瓦尔喷嘴。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种按文丘里原理工作的流体混合器，该流体混合器对在扩散部分内的流体分离不敏感。

这个目的通过一种流体混合器来实现，在该流体混合器中，所述扩散段沿流动方向具有一种带有至少两个拐点的连续轮廓曲线。因此，在文氏喷嘴区域内的决定性改进在于在扩散的混合器部分内的流动轮廓的造型。这个造型被如此地最佳化，以致可以尽可能地避免流体分离或者可以大大地减少流体分离，并且可以尽可能受限制地保持出现的分离区域继而尽可能受限制地保持分离损失。

如果将混入孔从最窄的横截面移到收敛的喷嘴区域，那么第一流体的燃料气体质量流包括第二流体的混入的质量流在内可以有利地还在加速的流动中，也就是在一个原来对流体分离不敏感的区域内，重新靠到壁上。相反，在最窄横截面中混入时，随着流动在扩散混合器部分内同时减速，由于混入的流体质量流通过近壁流动的干扰产生即时的不利的流体分离。

附图说明

下面参照以示意图示出本发明有利的设计方案的图1和2来具体描述本发明。在附图中

图1通过本发明流体混合器的横剖视图，及

图2文氏管沿纵向的曲线轮廓的放大视图。

具体实施方式

根据图1的本发明流体混合器1包括一个文氏管2，该文氏管在这里同时构成为流体混合器1的壳体。通过流体混合器的流动方向在图1中通过箭头表示。一种第一流体例如空气经由一个进口横截面3输送，并且流体混合物经由一个出口横截面4从流体混合器1排出。

文氏管2包括一个从文氏管2的进口横截面2一直延伸到最窄的横截面5为止的第一收敛段A1。最窄的横截面5也可以构成为第三圆柱形段A3，如图2所示的那样。“收敛”在这里表示，横截面沿流动方向逐渐减小。此外，文氏管2包括一个从文氏管2的最窄横截面5开始一直延伸到出口横截面4为止的第二扩散段A2。“扩散”在这里表示，横截面沿流动方向逐渐增大。