[发明专利]流动调节系统

说明书

一种用于管道的流动调节系统。流动调节系统包括预处理器，该预处理器修改分布不均的上游流动，为管道内流动的流体提供可预测的下游流。定向流动调节器还包括在预处理器下游的固定流动几何结构。固定流动几何结构进一步调节来自预处理器的上游流体流，以提供具有基本均匀的流动分布的下游流。流动调节系统将具有分布不均的流动分布(例如由管道内的部件，结构或阻塞引起的分布不均的流动分布)的上游流体转换为流动调节系统下游的在可用轴向管道长度内的基本均匀的流动分布，从而使流体可以与位于流动调节系统下游的管道内的设备(例如热交换器)进行有效交互。

联邦资助的研究

本发明是在政府支持下完成的。美国政府可以拥有本发明的某些权利。

技术领域

本发明大体上涉及在径向方向上校正通道或管道内的分布不均的流动分布，并且更具体地涉及初始调节燃气涡轮发动机中具有可变入口轮廓的各种管道中的流体流，以去除流体流场中的变化。

背景技术

燃气涡轮发动机，包括但不限于通过燃烧燃料并从燃烧的燃料中提取能量发电而运行的飞行器发动机。大气从环境被吸入发动机内。在旁路飞行器发动机中，空气被风扇吸入发动机机舱内。吸入管道的空气然后分成核心气流和旁路气流，核心气流部分被引导到发动机核心，并传递到发动机的压缩机部分，在压缩机部分被多级压缩到明显更高的压力和温度，而旁路气流部分被引导到旁路管道、允许空气的一部分绕过发动机核心的环形通道中。

然后，在发动机核心中，一部分压缩空气与燃料混合并在燃烧器中被点燃，以产生高能燃烧气体。然后，高能燃烧气体流经发动机的涡轮区段，该涡轮区段包括多个涡轮级，每个级包括安装在转子上的涡轮轮叶和涡轮叶片。高能燃烧气体会产生恶劣的环境，导致下游硬件的氧化，侵蚀和腐蚀。涡轮叶片从高能燃烧气体中提取能量，并转动安装有转子的涡轮轴。轴可以产生机械动力或可以直接发电。压缩空气的一部分还用于冷却压缩机下游的涡轮发动机的部件，例如燃烧器部件。通过涡轮区段的热气体进入排气区段，并通过排气喷嘴排出，提供推力以推动飞行器应用中的飞行器。在高性能飞行器发动机中，排气区段可以包括增强器，也称为加力燃烧器，其根据需要燃烧燃料以为飞行器提供按需附加推力。

旁路涡轮发动机中的旁路管道可包括静态结构和可移动部件。这些静态结构和部件可以包括热交换器，飞行器的服务管线，发动机附件的结构支撑件以及用于将空气流去除或引入旁路管道的固定斗。可移动部件可包括用于调节流向旁路管道的气流的致动门或可移动斗。所有这些结构和部件都会影响管道内流动的流体的速度分布，从而导致不良的非均匀速度分布。在高性能飞行器发动机中，一些旁路空气可能会转移到排气系统以支持增强器燃烧。未转移用于冷却并添加到发动机排气中燃烧热气体中的空气将离开旁路喷嘴，从而有助于飞行器的推动。

流体(诸如进入发动机机舱等通道的空气，或进入诸如排气管道等通道的燃烧热气体)可能会随着流(也就是说，沿着部件的横截面具有不规则或不均匀的速度的气流)的变化而被引入到该通道中。如本文所用，“分布不均”是指与均匀速度或压力场具有较大偏差的流动。造成通过该通道的不规则或分布不均的原因还包括通道内的结构，例如热交换器，气流斗，服务管线，支柱，支撑托架和其他结构支撑件，以及其他可能进一步改变流体在管道中流动的速度的可变几何特征。

管道中的这种分布不均的流动是不希望的，因为这会导致管道中的流动效率低。例如，当入口流具有基本均匀的流动分布并且在整个管道横截面上具有基本均匀的速度时，管道内的热交换器通常更有效。

所需要的是一种流动调节器，其减少分布不均的流动条件，同时在现有轴向长度的管道内提供基本均匀的速度分布。理想的是，流动调节器可修改管道中的流动条件，以去除现有轴向长度的管道内流体的速度分布的实质差异，同时将压力损失最小化，减少由于分布不均的流动条件而导致的能量损失。

发明内容