专利名称：用于微回路的先进的湍流器布置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于使用在涡轮发动机部件内的冷却微回路的先进的湍流器布置。
背景技术：
湍流设备已在冷却通道中作为增加传热的方式使用。典型地，以前的横条(trip-strip)湍流设计集中在围绕如在图1和图2中所示的设计。如在图1中示出，具有在方向12流动的冷却流体的冷却通道10具有一对横条14和16，它们形成V形设计，使V形的顶点18沿流动方向12且对称轴线20平行于流动方向12。
现在参考图2，示出了替代的现有技术的湍流系统，它具有冷却通道10’，使得冷却流体在方向12’流动。如可从此图中看到，多个横条14’以相对于流动方向12’小于90度的角度布置。
在图1和图2的实施例中，轮廓22图示了在冷却剂流场中较高湍流的区，且因此获得更多的传热。取决于冷却剂流的雷诺数，相对于带有光滑壁的槽流的传热增强大约是从平滑槽流获得的传热的两倍到三倍。在图1和图2中示出的增强仅是局部的，且从其在图1的V形布置的横条14和16的结合或顶点18处的，或靠近图2中示出的成角度的横条布置内的壁的峰值处被冲掉。
因此，希望延伸一般地出现在与其他横条或连接壁的横条结合处的传热区域。
发明内容
根据本发明提供了用于冷却通道的湍流布置，其延伸传热区域到大体上整个冷却表面区。
根据本发明，提供了流体以第一方向流动通过它的通道。通道广泛地包括多个定位在其内的横条，且横条中的邻近的横条定向为朝向彼此在第一端处会聚以形成顶点部分且形成其中造成了湍流的区域。顶点部分相对于第一方向成角度。
进一步地，根据本发明，提供了例如涡轮发动机部件的零件。零件广泛地包括流体以第一方向流动通过它的通道，该通道具有多个定位在其内的横条。横条中的邻近的横条定向为朝向彼此在第一端处会聚以形成顶点部分且形成其中造成了湍流的区域。顶点部分优选地相对于第一方向成角度。
本发明的用于微回路的先进的湍流器布置的其他细节以及其他目的和附属于它的优点在如下的详细描述和附图中阐明，其中相似的参考数字描绘了相似的元件。
图1是在冷却通道中用于增加传热的现有技术的湍流布置的示意图；图2是在冷却通道中用于增加传热的另一个现有技术的湍流布置的示意图；图3是根据本发明的用于冷却通道的湍流布置的示意图；图4是当流体首先形成两个单元时图3中的湍流布置的示意图；图5是其中两个单元的流动合并的图3中的湍流布置的示意图；图6是图3中的湍流布置的示意图，示出了流体单元在遍及湍流布置内的邻近的横条之间的区域内的扩展；图7是根据本发明的替代的湍流布置的示意图；和图8是根据本发明的再另一个替代的湍流布置的示意图。
具体实施例方式
本发明涉及具有改进的湍流布置的冷却通道。如在图3中示出，冷却通道可以是例如涡轮发动机部件的零件98内的冷却微回路(未示出)的部分。
现在参考图3，图3中示出了根据本发明的第一湍流布置100。湍流布置100提供在其中例如冷却流体的流体在方向104流动的通道102内。湍流布置包括多个布置为相对于流动方向104成角度的横条106。横条106中的邻近的横条布置为使得它们朝向彼此会聚且形成带有开口110的顶点部分108，冷却流体通过开口进入以横条106中的邻近的横条为边界的区域内。顶点部分108优选地相对于流动方向104成角度，优选地成直角。在通道102内的第一区域112可以具有邻近第一壁116的顶点部分108，而邻近第一区域112的第二区域112可以具有邻近与第一壁116相对的第二壁120的顶点部分108。
每个横条106可以使用在本技术领域中已知的任何合适的技术形成。横条106可以形成在通道102的壁上以围绕壁。
区域112优选地大体上成形为三角形且沿流动方向104对齐。每个区域112可以具有多个由顶点部分108和横条106和壁116或120形成的顶部。每个区域112优选地具有对称轴线115，它大体上垂直于流动方向104。如果希望，则如在图4中示出可以在区域112的基部部分124处提供一系列横通孔122，该基部部分124在区域112的第二端处。横通孔122通过使得在湍流后或湍流前流过而提供了流动路径。区域112的第二端与顶点部分108位于其处的第一端相对。基部部分124优选地位于壁116、120附近。
现在参考图4，图4示出了根据图3的具有区域112的湍流布置的图。如从图中可见，当流通过顶点开口110进入区域112时，形成了两个流体单元126和128。如在图5中示出，当更多的流体进入区域112时，两个流体单元126和128联合成单一的单元130。最后，如在图6中示出，单元130遍及区域112内扩展，使得单元130占据区域112的面积的大部分。作为结果，在区域112内存在完全的湍流。湍流又来自开始于由邻近的横条106形成的顶部开口110，和由横条106和壁116或120形成的结合点132和134的涡流。涡流从成形为三角形的区域112的三个顶部的两个被放大，放大的方式为造成了遍及由壁116和横条106形成的区域112的封闭的二维区的湍流单元。
将此造成湍流的原理延伸，图7和图8图示了其他的带有两个或更多的活性结合的湍流布置，以在冷却通道内各处造成高传热增强区。在图7和图8的实施例中示出的三角形结合点可以是相互同相的或相互异相的。这些高湍流区不仅局部地而且在遍及区域112的整个二维封闭区内导致两倍到三倍的平均传热增强。
如在图7中示出，多个区域112可以由形成在通道102内的横条106的多个排138形成。横条106的排138可以沿流动方向104定位。横条106每个排138可以包括三个相对于彼此成角度的横条106，以形成一对相交接合点140和142。在每排138内，横条的第一个可以相对于流动方向104成第一角度，横条的第二个可以相对于流动方向104成第二角度且横条的第三个可以相对于流动方向104成第三角度。如果希望，每排138可以具有多于三个的横条。进一步地，如果希望，排138中的横条106中的邻近的横条可以形成接合点140和142，且可以相互分开以形成间隙144。在此湍流器布置中，多个区域112可以沿横向于流动方向104的轴线对齐。
现在参考图8，多个区域112可以由成形为菱形的湍流布置形成，其中第一横条106’从壁116附近的点延伸到壁120附近的点。每个区域112的剩余可以由两个分开的横条106”和106形成，横条106”和106成与横条106’相交的角度。在此湍流布置中，多个区域112可以沿相对于流动方向104成角度的轴线对齐。
在图4、图7和图8中示出的轮廓150图示了在区域112的每个内造成的高湍流区。
本发明的湍流布置的优点之一是造成了遍及冷却通道的更均匀的传热系数。这是因为平均传热增强遍及由横条封闭的整个区分布，而非仅局部地具有峰值增强。作为结果，例如涡轮发动机部件的具有冷却通道的零件将经受更小的热失配。在可能地较少的冷却剂流的情况下，零件耐久性和寿命将增加，因此增进了零件的性能。
本发明的湍流器布置可以用于宽范围的涡轮发动机部件的冷却通道内，包括但不限制于叶片、翼片、叶片外部空气密封件、燃烧器面板和任何其他包括冷却通道的零件。
权利要求
1.一种流体在第一方向流动通过它的通道，所述的通道包括多个定位在通道内的横条；所述的横条中的邻近的横条定向为朝向彼此在第一端处会聚，以形成顶点部分且形成其中造成了湍流的区域；和所述的顶点部分相对于所述的第一方向成角度。
2.根据权利要求1所述的通道，其中所述的顶点部分具有所述的流体通过它进入所述的区域的开口。
3.根据权利要求1所述的通道，其中所述的区域具有在与所述第一端相对的第二端处的基部部分，且在所述的第一端和所述的第二端之间的对称轴线横向于所述的第一方向，且其中所述的基部部分位于所述的通道的壁附近。
4.根据权利要求1所述的通道，其中所述的区域成形为三角形。
5.根据权利要求1所述的通道，进一步包括所述的通道具有第一和第二相对的壁；和所述的多个横条沿第一方向形成多个所述的区域，其中所述的区域的第一个的顶点部分邻近所述的壁的第一个，且所述的区域的第二个的顶点部分邻近所述的壁的第二个。
6.根据权利要求1所述的通道，进一步包括所述的通道具有第一和第二相对的壁；和所述的多个横条形成多个沿横向于所述的第一方向的轴线对齐的区域。
7.根据权利要求6所述的通道，其中所述的多个区域由横条的至少两个排形成，横条的每个所述的排具有相对于所述的第一方向成第一角度的第一横条、相对于所述的第一方向成第二角度的第二横条和相对于所述的第一方向成第三角度的第三横条。
8.根据权利要求7所述的通道，其中每个排具有两个接合点。
9.根据权利要求7所述的通道，进一步包括在排的至少一个内的所述的横条的两个之间的至少一个间隙。
10.根据权利要求1所述的通道，进一步包括所述的通道具有第一壁和与所述的第一壁相对的第二壁；在所述的壁之间的多个所述的区域；和所述的多个区域由从所述的壁的一个附近的第一位置延伸到所述的壁的第二个附近的第二位置的第一横条，以及一对以与第一横条相交的角度定位的间隔开的横条形成。
11.根据权利要求1所述的通道，其中每个所述的区域具有所述的顶点部分和两个由一对所述的横条和所述的通道的壁形成的顶部。
12.一种零件，其包括流体通过它在第一方向流动的通道；所述的通道具有多个定位在其内的横条；所述的横条中的邻近的横条定向为朝向彼此在第一端处会聚，以形成顶点部分且形成其中造成了湍流的区域；和所述的顶点部分相对于所述的第一方向成角度。
13.根据权利要求12所述的零件，其中所述的零件包括涡轮发动机部件。
14.根据权利要求12所述的零件，其中所述的通道包括其中冷却流体在所述的第一方向流动的冷却通道。
15.根据权利要求12所述的零件，其中所述的顶点部分具有所述的流体通过它进入所述的区域的开口。
16.根据权利要求12所述的零件，其中所述的区域具有在与所述第一端相对的第二端处的基部部分，且在所述的第一端和所述的第二端之间的对称轴线横向于所述的第一方向，且其中所述的基部部分位于所述的通道的壁附近。
17.根据权利要求12所述的零件，其中所述的区域成形为三角形。
18.根据权利要求12所述的零件，进一步包括所述的通道具有第一和第二相对的壁；和所述的多个横条沿第一方向形成多个所述的区域，其中所述的区域的第一个的顶点部分邻近所述的壁的第一个，且所述的区域的第二个的顶点部分邻近所述的壁的第二个。
19.根据权利要求12所述的零件，进一步包括所述的通道具有第一和第二相对的壁；和所述的多个横条形成多个沿横向于所述的第一方向的轴线对齐的区域。
20.根据权利要求19所述的零件，其中所述的多个区域由横条的至少两个排形成，横条的每个所述的排具有相对于所述的第一方向成第一角度的第一横条、相对于所述的第一方向成第二角度的第二横条和相对于所述的第一方向成第三角度的第三横条。
21.根据权利要求20所述的零件，其中每个排具有两个接合点。
22.根据权利要求20所述的零件，进一步包括在排的至少一个内的所述的横条的两个之间的至少一个间隙。
23.根据权利要求12所述的零件，进一步包括所述的通道具有第一壁和与所述的第一壁相对的第二壁；在所述的壁之间的多个所述的区域；和所述的多个区域由从所述的壁的一个附近的第一位置延伸到所述的壁的第二个附近的第二位置的第一横条，以及一对以与第一横条相交的角度定位的间隔开的横条形成。
24.根据权利要求12所述的零件，其中每个所述的区域具有所述的顶点部分和两个由一对所述的横条和所述的通道的壁形成的顶部。
全文摘要
一种用于微回路的先进的湍流器布置，提供了冷却流体在第一方向流动通过它的通道。通道具有多个定位在其内的横条。横条中的邻近的横条定向为朝向彼此在第一端处会聚以形成顶点部分且形成其中造成了湍流的区域。顶点部分相对于所述的第一方向成角度定向。
文档编号F02C7/14GK101042073SQ20071008937
公开日2007年9月26日 申请日期2007年3月23日 优先权日2006年3月24日
发明者W·阿布德尔－梅塞, F·J·昆哈 申请人:联合工艺公司