专利名称：液体流道的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种液体流道。
背景技术：
已知在极其广泛的不同生活领域中，液体或气体通过范围极广的各种构造的流道。在此方面其目的经常是用来传输物质和/或能量。液体流道的例子是例如在家用技术、工艺或能源技术中的管道，或者在例如水轮机、污水处理设备等流体机械中的流道。在生物学领域，流体通道体现为例如输送血液的血管。
至于现有技术的状态，在此方面一般需要注意下列公开文献DE 19806 513；WO 01/18406 A1；WO 00/38591 A2；US No 2935 906和US No 1958 577。
流经流道的流体的一个决定性的参数是流动阻力，而流动阻力基本上由摩擦和方向的改变来决定的，并且通常以例如拖曳阻力系数等标准化的特征值来表示。在例如设计管线和确定泵或其他压力发生设备的尺寸中考虑流动阻力是极其重要的。
应当理解，在流动过程中的流动阻力和摩擦损失必须尽可能最小化，从而例如能够将用于泵送的能量以及由此最终将装置的能耗保持为尽可能的小。这在设计流道时需要考虑到。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于液体或气体的流道，它设计为在流动过程中发生最小的可能损耗，尤其是低的摩擦损耗。本发明另外一个目的是提供一种液体流道，其中设置了不同的流动区域。
本发明通过以本说明书的起始部分中提出的流道类型来实现该目的，其中限定该流道的至少一个壁是这种构造当液体从其中流过时，至少形成了一个流动区域，该流动区域同时具有轴向和切向流动分量。
在测试过程中惊讶地发现，借助于本发明的流道，基于其壁的构造，至少以局部的方式产生了具有轴向和切向流动分量的流动，由此与传统流道相比流动阻力显著降低。这种流动阻力的降低有利地使得在流动中的能量损失、压力损失和阻力系数降低。由此，为产生一个给定的液体体积流或质量流，与传统流道相比需要较低的泵输出功率。如此，例如在管线中所施加的泵的输出功率可显著降低。而同样在流体机械、水电站或类似物中，根据本发明也可以减少流动损失，并由此可以提高效率水平。
优选以分区方式或整个地产生一个螺旋流动。实验调查显示，由于该能在流道中产生环绕螺旋流动的壁构造，产生了较低的流动阻力和流动损失。
根据一个特别优选的实施例，本身完全卷绕一周的管道部分的长度(波长)与流道截面的最小平分线的长度之间具有一个给定的比率，该比率介于6至7之间，特别优选为6.44。由于流动截面的非圆柱构造和在轴向的扭曲或卷绕，能够以结构简单的方式产生具有轴向和切向流动分量的、具有较低流动阻力的、至少部分为螺旋状的流动。
根据测试发现，以上述波长和截面宽度之间的比率，能获得特别低的阻力系数。一个从结构的观点来看和根据流体技术特别优选的实施例的特征在于，界定了流道的壁如此成形为流管的自由流动截面大体是椭圆形的。流动截面的这种同时扭曲其本身的椭圆形构造能够在流管中特别好地实施。
在一个改进中提出，椭圆流动截面的长轴长度与流动截面的短轴长度的比率显著大于1，优选大于或约等于 如此，流道的阻力系数同样可以降低。
在另外一个优选实施例中提出，流动截面沿流动方向缩小或增大。如此，在保持了本发明的优点的同时，还能够分别增大或减小流动状况，特别是流速。
本发明还通过一个液体流道达到其目的或进一步改进，该液体流道设计为当其中流过液体时，在流道内大体产生两个流动区域，这两个流动区域不会或很少相互渗透，并且以双螺旋的特性卷绕。
根据流动通道的这种构造和大体具有两个流动区域的流动，能够获得较低的流动阻力，从而最终泵的输出功率降低并且流体机械的效率水平得到改善。此外，不同形态的流体，例如不同的液体，能够以部分分离的关系通过流道，或者即使在流经流道时也分成至少部分的不同的形态。这种分离可这样产生例如，具有不同材料特性——例如密度或粘性——的液体的不同成分在流动截面的给定区域移动，从而能够将混合物分离成其组成部分。
根据本发明流道的一个进一步改进提出，在每个流动区域还产生了次流动区域，而这些次流动区域同样也互相卷绕。如此，流动状况可进一步改善，并且上述分离效果能够增强。
根据另外一个有利的构造，提出了两个中心流道大体是圆形构造并且形成了一个主液流，并且在该流管没有被该中心主流占据的区域中形成一个或多个次流，其中在主流和次流区域之间没有发生或仅发生微小的流体交换，并且整个液体流中的异物优选在次流区域中输送。如此，同样会形成固态和液态或者不同液态的流动。
在下文中参考附图借助于示例性的实施例来描述本发明，在附图中图1是设置在一个流管内的流道的示意图；图2a-f示出了根据本发明的流道的不同示例；图3示出了根据本发明的流道的实验测量结果；图4示出了具有不同流动区域的流动，它示意性地示出于根据本发明的流道内；图5是图4示出的流动的示意性截面视图。
具体实施例方式
图1是流管2的一个实施例的侧视图，在流管2中设置有一个根据本发明的流道4。流体，即液体或气体，能够流经管道2或流道4。这还可涉及具有不同液体成分和具有例如颗粒等固体的多相流。此外，例如一个具有液体、气体和固体成分的三态流也可以流经流道4。管道2可以由塑料材料或金属制成。
管道2优选是流动截面基本上为椭圆形的构造，如在图2a)和2b)的示意图中所示。如图1示意性示出的那样，管道2本身沿轴向——即沿纵轴3方向——是卷绕或扭曲的。
在图1所示的管道2的部分中，扭曲的程度以线5示出，在管道部分示出的长度上，线5完成了一个360度的完整旋转；这里一个完整扭曲的长度也称为波长。在图1的侧视图中，较大和较小宽度的管道是由椭圆形截面(图2a和2b)和扭曲赋予的。大体为椭圆形的流动截面的长轴和短轴的长度显示在图2a和2b中。通过实验调查发现，长轴a与短轴b的长度的比率优选应当大于或等于 示于图2a的管道2的壁的构造与示于图2b的实施例的壁的构造相比其弯曲较小。
当液体流经根据本发明的流道4时，在流道4内产生了一个流动，该流动不但具有轴向——即轴线3的方向——的流动分量，而且在相对于轴线3的切线方向具有流动分量。这是由于流道4或管道2的扭曲构造产生的。这在图1和2a中以箭头7概略示出。从而这在流道4内大体产生了一个流经管道2的环绕的、螺旋状的流动。
图2c-f所示的可选流动截面同样会产生一个根据本发明的流动，该流动具有轴向流动分量和切向流动分量，并因此在流道4内具有一种螺旋流动。图2c示出了一个矩形流动截面，图2d示出了一个正方形流动截面，图2e示出了一个三角形流动截面而图2f示出了一个八边形流动截面。根据本发明，流动截面或相应流管2为六边形构造也是可能的。这些例示的实施例还优选具有这种构造流动截面本身沿轴向(轴线3)扭曲。
波长与流动截面4截面积的最小平分线的长度的比率是介于范围6至7之内的一个给定比率。
根据本发明的流道的实验调查结果示于图3中。测量了具有传统圆柱形管道的泵和具有根据本发明的自身扭曲的椭圆形管道的泵的输出功率，其中使用水作为液体。在图中，记录的泵的输出功率以纵向Y轴表示，而通过各管道的水的流量以横向X轴示出。曲线8示出了传统圆柱形管道在不同流量的情况下的泵的输出功率，而曲线10对比示出了根据本发明的椭圆形管道在不同流量情况下的泵的输出功率。圆柱形和椭圆形管道的截面面积分别保持不变。可以看到，在同样的流量的情况下，根据对于本发明管道的曲线10记录的泵的输出功率比传统管道的情况小。
图4和5示出了根据本发明的另外的流道和其中产生的流动的示意图。由于流道相对于示意性示出的流道的纵轴3是扭曲的，当液体流过时，首先大体产生了两个较大的流动区域12、14，这两个流动区域在流动过程中以双螺旋的方式环绕。区域12、14混合的程度轻微。在每个流动区域12、14中分别形成了次流动区域16、18和20、22，这些次流动区域同样以双螺旋方式环绕。在这些次流动区域16-20中还可以形成互相扭曲的次流动区域。
如图所示，两个主流区域或中心流道12、14是大体圆形的截面构造。邻接着中心流道12、14可形成次流或次流区域24、26，在其中能够收集某些成分，例如固体成分。如此可以分离液体的组成部分。
权利要求
1.一种液体流道，其特征在于限定该流道的至少一个壁具有这样一种结构当液体从其中流过时产生至少一个如下流动区域，该流动区域同时具有轴向和切向流动分量。
2.如权利要求1所述的流道，其特征在于该壁构造成可以分区的方式或整个地产生一个环绕的螺旋流动。
3.如权利要求1或2所述的流道，其特征在于该流道的流动截面不是圆柱形的并且其自身沿轴向扭曲，从而当液体流过时至少以分区的方式产生一个螺旋形的流动。
4.如权利要求3所述的流道，其特征在于自身完全卷绕了一周的一个管道部分的长度(波长)与该流道截面的最小平分线的长度之间具有一个给定的比率，该比率介于6至7之间，特别优选地为6.44。
5.一种尤其是根据前述权利要求中任一项的液体流道，其特征在于所述界定该流道的壁的形状为使得流管的自由流动截面大体是椭圆形的。
6.如权利要求5所述的流道，其特征在于所述椭圆形流动截面的长轴长度与该流动截面的短轴长度的比率大于1，优选大于或等于
7.如前述权利要求中任一项所述的流道，其特征在于所述流动截面沿流动方向缩小。
8.如前述权利要求中任一项所述的流道，其特征在于所述流动截面沿流动方向扩大。
9.如前述权利要求中至少一项所述的流道，其特征在于所述流动截面是四边形、三角形、六边形或八边形的。
10.如前述权利要求中任一项所述的流道，其特征在于该流道呈管的形式。
11.一种尤其是根据前述权利要求中任一项的液体流道，其中所述流道设计为当其中流过液体时，在该流道内大体产生两个流动区域，这两个流动区域不会或很少相互渗透，并且卷绕为双螺旋形。
12.如权利要求11所述的流道，其特征在于在每个流动区域内还生成有次流动区域，而这些次流动区域同样也互相卷绕。
13.如权利要求11或12所述的流道，其特征在于所述两个核心流道大体是圆形截面构造并且形成了一个主液流，并且在该流管没有被该主流核心占据的区域中形成有一个或多个次流，其中在主流和次流区域之间没有发生或仅发生微小的流体交换，并且整个液流中的异物优选在该次流区域中输送。
全文摘要
本发明涉及一种液体流道。本发明的目的是提供一种用于液体或气体的流道，其实施为在流动过程中产生最少的可能损失，特别是低的摩擦损失。本发明的另一个目的是提供一种液体流道，在其中设置有不同的流动区域。该目的是通过具有以下特征的液体流道实现的限定该流道的至少一个壁构造成当液体从其中流过时，至少形成一个同时具有轴向和切向流动分量的流动区域。
文档编号F15D1/04GK1833109SQ200480021004
公开日2006年9月13日 申请日期2004年3月20日 优先权日2003年7月22日
发明者艾劳埃斯·乌本 申请人:艾劳埃斯·乌本