DE19838314A1 - Vorrichtung zur Reduzierung des Lärms in gasführenden Rohrleitungen - Google Patents
Vorrichtung zur Reduzierung des Lärms in gasführenden RohrleitungenInfo
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
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- F16L55/02709—Throttle passages in the form of perforated plates
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Abstract
Zur Reduzierung des Lärms, der von den eine Rohrleitung (1) durchströmenden Gasen erzeugt wird, wird in die Rohrleitung ein Körper (11) eingesetzt, der eine Vielzahl von parallelen Strömungskanälen besitzt, die so ausgebildet sind, dass die Gasströmung wenigstens am Umfang laminarisiert wird. DOLLAR A Die Vorrichtung ist insbesondere dazu geeignet, den Lärm zu reduzieren, der entsteht, wenn ein turbulenter Gasstrahl aus einem Rohr in die freie Atmosphäre ausströmt.
Description
Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Reduzierung des Lärms, der von den eine
Rohrleitung durchströmenden Gasen erzeugt wird, insbesondere in Abgasanlagen für
Verbrennungsmotoren, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In gasführenden Rohren stellt sich entweder ein laminares, ein turbulentes oder auch ein
gemischtes Strömungsprofil ein. Turbulente Strömungen führen zu erhöhten
Strömungswiderständen und zu erhöhter Geräuschbildung. Turbulente Strömungsprofile
entstehen, wenn Rohrgeometrie und Strömungsgeschwindigkeit ungünstige Werte
aufweisen. Zusätzliche Turbulenzen entstehen, wenn die Rohrleitung Einbauten, sprunghafte
Querschnittsänderungen, Krümmungen und Knicke aufweist.
Treten Gasströmungen aus einem Rohrende als Freistrahl in die Umgebung aus, so ist der
Geschwindigkeitsgradient senkrecht zur Strömungsrichtung am Rande des Freistrahl
zunächst hoch. Es entsteht eine sogenannte Scherschicht, in der es zur Bildung von Wirbeln
kommt. Diese Wirbel stellen Schallquellen dar und erhöhen das sogenannte
Mündungsgeräusch. Diesen Effekt beobachtet man besonders stark bei Gasturbinen oder
Düsentriebwerken, aber auch am Endrohr von Abgasanlagen für Verbrennungsmotoren.
Es versteht sich, dass es das Bestreben der Entwickler ist, die nachteiligen Effekte der
turbulenten Strömungen zu beseitigen. Dies gelingt am einfachsten dadurch, dass turbulente
Strömungen entweder von vornherein vermieden oder nachträglich wieder laminarisiert
werden. Bekanntestes Beispiel sind die Mantelstrom-Triebwerke für Düsenjets. Bei diesen
wird um den heißen und turbulenten Abgasstrahl herum ein ringförmiger Gasstrahl erzeugt,
der die Ausbildung einer Scherschicht behindert und die geräuscherzeugende Wirbelbildung
wenigstens teilweise unterdrückt.
Vergleichbare Konstruktionen gibt es aber auch für die Endrohre von Abgasanlagen für
Kraftfahrzeuge. Man vergleiche DE 73 32 971 U, DE 36 40 290 A, DE-G 84 18 958, DE-G
92 14 001, DE 41 24 204 C2, DE-G 93 18 864 oder DE 41 27 634 C2. Es ist allerdings nicht
bekannt geworden, dass eine dieser konstruktiven Einrichtungen zur Reduzierung des durch
die Gasströmung erzeugten Lärms Eingang in die Praxis gefunden hätte. Für eine
Reduzierung des im Inneren der gasführenden Rohrleitungen entstehenden Lärms sind
diese Konstruktionen sowieso völlig ungeeignet.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung anzugeben, die
eine gute schallreduzierende Wirkung hat, einfach und preiswert herzustellen und zu
montieren ist und deren Wirkung leicht auf die jeweiligen Bedürfnisse abgestimmt werden
kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine gasführende Rohrleitung mit den Merkmalen des
Anspruchs 1.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird direkt in das gasführende Rohr eingebaut und
beeinflußt so die Gasströmung unmittelbar. Beim Durchdringen der Kanäle werden die
Turbulenzen gedämpft und die Strömung laminarisiert. Dies bedeutet jedoch noch nicht,
dass die aus den Kanälen austretende Strömung über den vollen Rohrquerschnitt ein
parabelförmiges, laminares Strömungsprofil besitzt. Vielmehr müssen die Geschwindigkeiten
der Strömung in den einzelnen Kanälen so beeinflußt werden, dass sich nach dem Austritt
der Strömung aus den Kanälen über den gesamten Rohrquerschnitt ein laminares
Strömungsprofil einstellt. Dies wird erfindungsgemäß durch die spezielle Formgestaltung des
die Strömung laminarisierenden Körpers erreicht. Dabei hat sich überraschenderweise
herausgestellt, dass die so laminarisierte Gasströmung das laminare Profil auch dann
beibehält, wenn sie das Endrohr einer Abgasanlage verläßt und als Freistrahl in die
Umgebung austritt. Außerdem ist die erfindungsgemäße Vorrichtung sehr einfach
herstellbar.
Geeignete Grundkörper sind als metallische oder keramische Trägerkörper für
Abgaskatalysatoren bereits handelsüblich.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung sind die der Rohrwandung benachbarten
Strömungskanäle enger und/oder länger als die zentralen Strömungskanäle. Dadurch wird
der Tatsache Rechnung getragen, dass die der Rohrwand benachbarten Bereiche der
Gasströmung am stärksten zur Wirbelbindung und Geräuschbildung tendieren und dass ein
laminares Strömungsprofil seine größte Geschwindigkeitskomponente im Zentrum besitzt.
Durch die kürzeren und/oder weiteren Kanäle im Zentrum wird der Abgasgegendruck
reduziert, ohne dass die Wirbel- und Geräuschbildung dadurch verstärkt werden. Dies kann
sogar so weit getrieben werden, dass das Zentrum des Körpers frei von Strömungskanälen
bleibt.
Des weiteren besteht die Möglichkeit, die Länge der Strömungskanäle des die Gasströmung
laminarisierenden Körpers stufenförmig oder kontinuierlich zu ändern. Dadurch besteht die
Möglichkeit, die Wirkung in weiten Grenzen an die Bedürfnisse anzupassen.
Es ist bekannt, dass Knicke in gasführenden Rohrleitungen zu einer verstärkten
Wirbelbildung führen und dass die Strömung sich hinter dem Knick auf der Knickinnenseite
von der Rohrwandung ablöst. Es entsteht eine große Wirbelzone mit den bekannten
Nachteilen. Dank des erfindungsgemäßen Körpers besteht nun die Möglichkeit, das
Strömungsprofil der Gasströmung vor dem Knick so zu verzerren, dass sich hinter dem
Knick ein wesentlich kleineres Ablösegebiet einstellt, verbunden mit einem gleichmäßigen,
nahezu laminaren Strömungsprofil. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die
Strömungskanäle des Körpers an der Innenseite länger sind als an der Knickaußenseite.
Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form von Ausführungsbeispielen näher erläutert
werden. Es zeigen rein schematisch
Fig. 1 die Strömungsverhältnisse beim Austritt einer Gasströmung aus einem Rohr in die
freie Umgebung ohne strömungsbeeinflussende Vorrichtungen,
Fig. 2 die Strömungsverhältnisse nach dem Einbau eines laminarisierenden Körpers in das
Rohr,
Fig. 3 die Wirkung des Einbaus eines laminarisierenden Körpers mit stufenweise
veränderter Länge,
Fig. 4 ein Endrohr mit eingebauten laminarisierendem Körper, dessen Länge kontinuierlich
variiert ist,
Fig. 5 die Wirkungsweise eines laminarisierenden Körpers, dessen Kanäle unterschiedliche
Querschnitte besitzen,
Fig. 6 die Strömungsverhältnisse im Inneren eines Rohrs mit scharfem Knick ohne
strömungsbeeinflussende Einbauten und
Fig. 7 die Strömungsverhältnisse im Inneren des Rohrs der Fig. 6 nach Einbau eines
laminarisierenden Körpers.
Fig. 1 zeigt der Austritt einer Gasströmung 2 aus dem Ende eines Rohrs 1 in die freie
Umgebung. Im Inneren des Rohrs 1 besitzt die Gasströmung 2 ein im wesentlichen
turbulentes Strömungsprofil 3. Nach dem Austritt aus der Rohrleitung 1 bildet sich an der
Außenseite des Freistrahls 4 unter der Wirkung des Geschwindigkeitsgradienten eines
Scherschicht 5, deren Wirbel ebenso wie die Wirbel des turbulenten Strömungsprofils 3
selbst Schallwellen erzeugen und das sogenannte Mündungsgeräusch erhöhen.
Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel zur Verbesserung der Situation. In das Rohr 1 ist
ein Körper 10 eingebracht, der mit einer Vielzahl von parallelen Strömungskanälen versehen
ist. Der Körper 10 füllt den Rohrquerschnitt voll aus. Beim Durchströmen der Kanäle des
Körpers 10 wird die turbulente Gasströmung 2 laminarisiert. Da die Gasströmung in allen
Kanälen gleich behandelt werden, bleibt das vor dem Körper 10 existierende, turbulente
Strömungsprofil 3 auch hinter dem Körper 10 unverändert turbulent. Beim Austritt ins Freie
entsteht daher wieder die turbulente Scherschicht 5.
Fig. 3 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel. Die parallelen
Strömungskanäle eines in das Rohr 1 eingesetzten Körpers 11 sind randseitig deutlich
länger als im Zentrum, wobei die Längenänderung in einer Stufe erfolgt. Aus dem zunächst
turbulenten Strömungsprofil 3 wird nach Durchströmen des Körpers 11 ein teils laminares,
teil turbulentes Strömungsprofil 6.1 mit geringen Strömungsgeschwindigkeiten am Rand,
welches sich im Freistrahl 4 zu im wesentlichen laminaren Strömungsprofilen 6.2, 6.3
vergleichmäßigt. Dadurch wird die Ausbildung einer Scherschicht weitestgehend
unterbunden.
Fig. 4 zeigt als drittes Ausführungsbeispiel einen die Gasströmung 2 laminarisierenden
Körper 12 mit parallelen Strömungskanälen, deren Länge vom Rand zum Zentrum hin
kontinuierlich abnimmt.
Fig. 5 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel eines Körpers 13 mit einer Vielzahl von
parallelen Strömungskanälen. Dabei besitzen die zentralen Strömungskanäle einen
erheblich größeren Querschnitt als die randseitigen Strömungskanäle. Das turbulente
Zentrum des Freistrahls 4 ist von einer stark laminarisierten Gasströmung 7 umgeben, die
wie die bekannten Mantelströme die Ausbildung der unerwünschten Scherschicht verhindert
und die Wirbel- und Lärmbildung unterdrückt.
Die Fig. 6 und 7 zeigen, dass es mit Hilfe des erfindungsgemäßen Körpers möglich ist, auch
die Gasströmungen im Inneren von Rohrleitungen zu beeinflussen.
Fig. 6 zeigt einen Längsschnitt durch eine Rohrleitung 1 mit einem scharfen Knick 8, wobei
die Knickinnenseite mit 8.1, die Knickaußenseite mit 8.2 gekennzeichnet sind. Im Bereich der
Knickaußenseite 8.2 löst sich die Gasströmung von der Rohrwand ab und es entsteht eine
Wirbelzone 9.2. An der Knickinnenseite 8.1 kommt es hinter dem Knick 8 ebenfalls zu einer
Ablösung der Gasströmung mit Ausbildung einer sehr langen Wirbelzone 9.1. Aufgrund
dieser Effekte wird aus dem achssymmetrischen, turbulenten Strömungsprofil 3 ein sehr
unsymmetrisches, stark turbulentes Strömungsprofil 6.4, 6.5, 6.6, welches sich erst in
erheblichem Abstand hinter dem Knick 8 wieder egalisiert.
Die Wirbelzonen 9.1, 9.2 sowie die Ausbildung der stark unsymmetrischen und turbulenten
Strömungsprofile 6.5, 6.5, 6.6 führt zu einem erheblichen Druckverlust und gleichzeitig zu
Lärmbildung.
Fig. 7 zeigt dieselbe Rohrleitung 1 nach Einbau eines Körpers 14 mit einer Vielzahl von
parallelen Strömungskanälen vor dem Knick 8. Die Strömungskanäle auf der Knickinnenseite
8.1 sind erheblich länger als auf der Knickaußenseite 8.2, so dass die Strömung an der
Knickinnenseite 8.1 erheblich stärker verzögert wird. Bei korrekter Abstimmung der Länge
und des Querschnitts der parallelen Strömungskanäle im Körper 14 ergibt sich hinter dem
Knick 8 ein Strömungsprofil 6.7, welches in wesentlich geringerem Maße zur Ausbildung von
Ablösezonen 8.2, 9.1 und Wirbeln neigt. Die Ablösezone 9.1' auf der Knickinnenseite 8.1 ist
erheblich kleiner geworden. Druckabfall und Lärmbildung sind entsprechend reduziert.
Claims (7)
1. Vorrichtung zur Reduzierung des Lärms, der von den eine Rohrleitung (1)
durchströmenden Gasen erzeugt wird, insbesondere in Abgasanlagen für
Verbrennungsmotoren, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung aus einem mit
einer Vielzahl von parallelen Strömungskanälen versehenen Körper (10, 11, 12, 13, 14)
besteht, der den Rohrquerschnitt wenigstens teilweise ausfüllt und die Gasströmung
wenigstens am Umfang laminarisiert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die der Rohrwand
benachbarten Strömungskanäle des Körpers (11, 12, 13) enger und/oder länger sind als
die zentralen Strömungskanäle.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der
Strömungskanäle des Körpers (11) sich stufenförmig ändert.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der
Strömungskanäle des Körpers (12) sich kontinuierlich ändert.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das
Zentrum des Körpers (13) frei von Strömungskanälen ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die
Rohrleitung (1) einen Knick hat und dass die Strömungskanäle des Körpers (14) an der
Knickinnenseite (8.1) länger sind als an der Knickaußenseite (8.2).
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der
Körper (10 . . . 14) auf der Basis eines keramischen oder metallischen Trägerkörpers von
Abgaskatalysatoren hergestellt ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998138314 DE19838314A1 (de) | 1998-08-24 | 1998-08-24 | Vorrichtung zur Reduzierung des Lärms in gasführenden Rohrleitungen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998138314 DE19838314A1 (de) | 1998-08-24 | 1998-08-24 | Vorrichtung zur Reduzierung des Lärms in gasführenden Rohrleitungen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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ID=7878474
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1998138314 Ceased DE19838314A1 (de) | 1998-08-24 | 1998-08-24 | Vorrichtung zur Reduzierung des Lärms in gasführenden Rohrleitungen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19838314A1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CH704974A1 (de) * | 2011-05-18 | 2012-11-30 | Bs2 Ag | Expansionsapparat für Wärmepumpen. |
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1998
- 1998-08-24 DE DE1998138314 patent/DE19838314A1/de not_active Ceased
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