專利名稱：液體流道的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液體流道。
背景技術(shù)：
已知在極其廣泛的不同生活領(lǐng)域中，液體或氣體通過范圍極廣的各種構(gòu)造的流道。在此方面其目的經(jīng)常是用來傳輸物質(zhì)和/或能量。液體流道的例子是例如在家用技術(shù)、工藝或能源技術(shù)中的管道，或者在例如水輪機(jī)、污水處理設(shè)備等流體機(jī)械中的流道。在生物學(xué)領(lǐng)域，流體通道體現(xiàn)為例如輸送血液的血管。
至于現(xiàn)有技術(shù)的狀態(tài)，在此方面一般需要注意下列公開文獻(xiàn)DE 19806 513；WO 01/18406 A1；WO 00/38591 A2；US No 2935 906和US No 1958 577。
流經(jīng)流道的流體的一個決定性的參數(shù)是流動阻力，而流動阻力基本上由摩擦和方向的改變來決定的，并且通常以例如拖曳阻力系數(shù)等標(biāo)準(zhǔn)化的特征值來表示。在例如設(shè)計管線和確定泵或其他壓力發(fā)生設(shè)備的尺寸中考慮流動阻力是極其重要的。
應(yīng)當(dāng)理解，在流動過程中的流動阻力和摩擦損失必須盡可能最小化，從而例如能夠?qū)⒂糜诒盟偷哪芰恳约坝纱俗罱K將裝置的能耗保持為盡可能的小。這在設(shè)計流道時需要考慮到。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于液體或氣體的流道，它設(shè)計為在流動過程中發(fā)生最小的可能損耗，尤其是低的摩擦損耗。本發(fā)明另外一個目的是提供一種液體流道，其中設(shè)置了不同的流動區(qū)域。
本發(fā)明通過以本說明書的起始部分中提出的流道類型來實現(xiàn)該目的，其中限定該流道的至少一個壁是這種構(gòu)造當(dāng)液體從其中流過時，至少形成了一個流動區(qū)域，該流動區(qū)域同時具有軸向和切向流動分量。
在測試過程中驚訝地發(fā)現(xiàn)，借助于本發(fā)明的流道，基于其壁的構(gòu)造，至少以局部的方式產(chǎn)生了具有軸向和切向流動分量的流動，由此與傳統(tǒng)流道相比流動阻力顯著降低。這種流動阻力的降低有利地使得在流動中的能量損失、壓力損失和阻力系數(shù)降低。由此，為產(chǎn)生一個給定的液體體積流或質(zhì)量流，與傳統(tǒng)流道相比需要較低的泵輸出功率。如此，例如在管線中所施加的泵的輸出功率可顯著降低。而同樣在流體機(jī)械、水電站或類似物中，根據(jù)本發(fā)明也可以減少流動損失，并由此可以提高效率水平。
優(yōu)選以分區(qū)方式或整個地產(chǎn)生一個螺旋流動。實驗調(diào)查顯示，由于該能在流道中產(chǎn)生環(huán)繞螺旋流動的壁構(gòu)造，產(chǎn)生了較低的流動阻力和流動損失。
根據(jù)一個特別優(yōu)選的實施例，本身完全卷繞一周的管道部分的長度(波長)與流道截面的最小平分線的長度之間具有一個給定的比率，該比率介于6至7之間，特別優(yōu)選為6.44。由于流動截面的非圓柱構(gòu)造和在軸向的扭曲或卷繞，能夠以結(jié)構(gòu)簡單的方式產(chǎn)生具有軸向和切向流動分量的、具有較低流動阻力的、至少部分為螺旋狀的流動。
根據(jù)測試發(fā)現(xiàn)，以上述波長和截面寬度之間的比率，能獲得特別低的阻力系數(shù)。一個從結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)來看和根據(jù)流體技術(shù)特別優(yōu)選的實施例的特征在于，界定了流道的壁如此成形為流管的自由流動截面大體是橢圓形的。流動截面的這種同時扭曲其本身的橢圓形構(gòu)造能夠在流管中特別好地實施。
在一個改進(jìn)中提出，橢圓流動截面的長軸長度與流動截面的短軸長度的比率顯著大于1，優(yōu)選大于或約等于 如此，流道的阻力系數(shù)同樣可以降低。
在另外一個優(yōu)選實施例中提出，流動截面沿流動方向縮小或增大。如此，在保持了本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)的同時，還能夠分別增大或減小流動狀況，特別是流速。
本發(fā)明還通過一個液體流道達(dá)到其目的或進(jìn)一步改進(jìn)，該液體流道設(shè)計為當(dāng)其中流過液體時，在流道內(nèi)大體產(chǎn)生兩個流動區(qū)域，這兩個流動區(qū)域不會或很少相互滲透，并且以雙螺旋的特性卷繞。
根據(jù)流動通道的這種構(gòu)造和大體具有兩個流動區(qū)域的流動，能夠獲得較低的流動阻力，從而最終泵的輸出功率降低并且流體機(jī)械的效率水平得到改善。此外，不同形態(tài)的流體，例如不同的液體，能夠以部分分離的關(guān)系通過流道，或者即使在流經(jīng)流道時也分成至少部分的不同的形態(tài)。這種分離可這樣產(chǎn)生例如，具有不同材料特性——例如密度或粘性——的液體的不同成分在流動截面的給定區(qū)域移動，從而能夠?qū)⒒旌衔锓蛛x成其組成部分。
根據(jù)本發(fā)明流道的一個進(jìn)一步改進(jìn)提出，在每個流動區(qū)域還產(chǎn)生了次流動區(qū)域，而這些次流動區(qū)域同樣也互相卷繞。如此，流動狀況可進(jìn)一步改善，并且上述分離效果能夠增強(qiáng)。
根據(jù)另外一個有利的構(gòu)造，提出了兩個中心流道大體是圓形構(gòu)造并且形成了一個主液流，并且在該流管沒有被該中心主流占據(jù)的區(qū)域中形成一個或多個次流，其中在主流和次流區(qū)域之間沒有發(fā)生或僅發(fā)生微小的流體交換，并且整個液體流中的異物優(yōu)選在次流區(qū)域中輸送。如此，同樣會形成固態(tài)和液態(tài)或者不同液態(tài)的流動。


在下文中參考附圖借助于示例性的實施例來描述本發(fā)明，在附圖中圖1是設(shè)置在一個流管內(nèi)的流道的示意圖；圖2a-f示出了根據(jù)本發(fā)明的流道的不同示例；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的流道的實驗測量結(jié)果；圖4示出了具有不同流動區(qū)域的流動，它示意性地示出于根據(jù)本發(fā)明的流道內(nèi)；圖5是圖4示出的流動的示意性截面視圖。
具體實施例方式
圖1是流管2的一個實施例的側(cè)視圖，在流管2中設(shè)置有一個根據(jù)本發(fā)明的流道4。流體，即液體或氣體，能夠流經(jīng)管道2或流道4。這還可涉及具有不同液體成分和具有例如顆粒等固體的多相流。此外，例如一個具有液體、氣體和固體成分的三態(tài)流也可以流經(jīng)流道4。管道2可以由塑料材料或金屬制成。
管道2優(yōu)選是流動截面基本上為橢圓形的構(gòu)造，如在圖2a)和2b)的示意圖中所示。如圖1示意性示出的那樣，管道2本身沿軸向——即沿縱軸3方向——是卷繞或扭曲的。
在圖1所示的管道2的部分中，扭曲的程度以線5示出，在管道部分示出的長度上，線5完成了一個360度的完整旋轉(zhuǎn)；這里一個完整扭曲的長度也稱為波長。在圖1的側(cè)視圖中，較大和較小寬度的管道是由橢圓形截面(圖2a和2b)和扭曲賦予的。大體為橢圓形的流動截面的長軸和短軸的長度顯示在圖2a和2b中。通過實驗調(diào)查發(fā)現(xiàn)，長軸a與短軸b的長度的比率優(yōu)選應(yīng)當(dāng)大于或等于 示于圖2a的管道2的壁的構(gòu)造與示于圖2b的實施例的壁的構(gòu)造相比其彎曲較小。
當(dāng)液體流經(jīng)根據(jù)本發(fā)明的流道4時，在流道4內(nèi)產(chǎn)生了一個流動，該流動不但具有軸向——即軸線3的方向——的流動分量，而且在相對于軸線3的切線方向具有流動分量。這是由于流道4或管道2的扭曲構(gòu)造產(chǎn)生的。這在圖1和2a中以箭頭7概略示出。從而這在流道4內(nèi)大體產(chǎn)生了一個流經(jīng)管道2的環(huán)繞的、螺旋狀的流動。
圖2c-f所示的可選流動截面同樣會產(chǎn)生一個根據(jù)本發(fā)明的流動，該流動具有軸向流動分量和切向流動分量，并因此在流道4內(nèi)具有一種螺旋流動。圖2c示出了一個矩形流動截面，圖2d示出了一個正方形流動截面，圖2e示出了一個三角形流動截面而圖2f示出了一個八邊形流動截面。根據(jù)本發(fā)明，流動截面或相應(yīng)流管2為六邊形構(gòu)造也是可能的。這些例示的實施例還優(yōu)選具有這種構(gòu)造流動截面本身沿軸向(軸線3)扭曲。
波長與流動截面4截面積的最小平分線的長度的比率是介于范圍6至7之內(nèi)的一個給定比率。
根據(jù)本發(fā)明的流道的實驗調(diào)查結(jié)果示于圖3中。測量了具有傳統(tǒng)圓柱形管道的泵和具有根據(jù)本發(fā)明的自身扭曲的橢圓形管道的泵的輸出功率，其中使用水作為液體。在圖中，記錄的泵的輸出功率以縱向Y軸表示，而通過各管道的水的流量以橫向X軸示出。曲線8示出了傳統(tǒng)圓柱形管道在不同流量的情況下的泵的輸出功率，而曲線10對比示出了根據(jù)本發(fā)明的橢圓形管道在不同流量情況下的泵的輸出功率。圓柱形和橢圓形管道的截面面積分別保持不變?？梢钥吹?，在同樣的流量的情況下，根據(jù)對于本發(fā)明管道的曲線10記錄的泵的輸出功率比傳統(tǒng)管道的情況小。
圖4和5示出了根據(jù)本發(fā)明的另外的流道和其中產(chǎn)生的流動的示意圖。由于流道相對于示意性示出的流道的縱軸3是扭曲的，當(dāng)液體流過時，首先大體產(chǎn)生了兩個較大的流動區(qū)域12、14，這兩個流動區(qū)域在流動過程中以雙螺旋的方式環(huán)繞。區(qū)域12、14混合的程度輕微。在每個流動區(qū)域12、14中分別形成了次流動區(qū)域16、18和20、22，這些次流動區(qū)域同樣以雙螺旋方式環(huán)繞。在這些次流動區(qū)域16-20中還可以形成互相扭曲的次流動區(qū)域。
如圖所示，兩個主流區(qū)域或中心流道12、14是大體圓形的截面構(gòu)造。鄰接著中心流道12、14可形成次流或次流區(qū)域24、26，在其中能夠收集某些成分，例如固體成分。如此可以分離液體的組成部分。
權(quán)利要求
1.一種液體流道，其特征在于限定該流道的至少一個壁具有這樣一種結(jié)構(gòu)當(dāng)液體從其中流過時產(chǎn)生至少一個如下流動區(qū)域，該流動區(qū)域同時具有軸向和切向流動分量。
2.如權(quán)利要求1所述的流道，其特征在于該壁構(gòu)造成可以分區(qū)的方式或整個地產(chǎn)生一個環(huán)繞的螺旋流動。
3.如權(quán)利要求1或2所述的流道，其特征在于該流道的流動截面不是圓柱形的并且其自身沿軸向扭曲，從而當(dāng)液體流過時至少以分區(qū)的方式產(chǎn)生一個螺旋形的流動。
4.如權(quán)利要求3所述的流道，其特征在于自身完全卷繞了一周的一個管道部分的長度(波長)與該流道截面的最小平分線的長度之間具有一個給定的比率，該比率介于6至7之間，特別優(yōu)選地為6.44。
5.一種尤其是根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的液體流道，其特征在于所述界定該流道的壁的形狀為使得流管的自由流動截面大體是橢圓形的。
6.如權(quán)利要求5所述的流道，其特征在于所述橢圓形流動截面的長軸長度與該流動截面的短軸長度的比率大于1，優(yōu)選大于或等于
7.如前述權(quán)利要求中任一項所述的流道，其特征在于所述流動截面沿流動方向縮小。
8.如前述權(quán)利要求中任一項所述的流道，其特征在于所述流動截面沿流動方向擴(kuò)大。
9.如前述權(quán)利要求中至少一項所述的流道，其特征在于所述流動截面是四邊形、三角形、六邊形或八邊形的。
10.如前述權(quán)利要求中任一項所述的流道，其特征在于該流道呈管的形式。
11.一種尤其是根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的液體流道，其中所述流道設(shè)計為當(dāng)其中流過液體時，在該流道內(nèi)大體產(chǎn)生兩個流動區(qū)域，這兩個流動區(qū)域不會或很少相互滲透，并且卷繞為雙螺旋形。
12.如權(quán)利要求11所述的流道，其特征在于在每個流動區(qū)域內(nèi)還生成有次流動區(qū)域，而這些次流動區(qū)域同樣也互相卷繞。
13.如權(quán)利要求11或12所述的流道，其特征在于所述兩個核心流道大體是圓形截面構(gòu)造并且形成了一個主液流，并且在該流管沒有被該主流核心占據(jù)的區(qū)域中形成有一個或多個次流，其中在主流和次流區(qū)域之間沒有發(fā)生或僅發(fā)生微小的流體交換，并且整個液流中的異物優(yōu)選在該次流區(qū)域中輸送。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種液體流道。本發(fā)明的目的是提供一種用于液體或氣體的流道，其實施為在流動過程中產(chǎn)生最少的可能損失，特別是低的摩擦損失。本發(fā)明的另一個目的是提供一種液體流道，在其中設(shè)置有不同的流動區(qū)域。該目的是通過具有以下特征的液體流道實現(xiàn)的限定該流道的至少一個壁構(gòu)造成當(dāng)液體從其中流過時，至少形成一個同時具有軸向和切向流動分量的流動區(qū)域。
文檔編號F15D1/04GK1833109SQ200480021004
公開日2006年9月13日 申請日期2004年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月22日
發(fā)明者艾勞埃斯·烏本 申請人:艾勞埃斯·烏本