SE445326B - Sett och anordning for forhindrande av veggturbulens - Google Patents

Description

8301840-8 veckling av turbulens.

Medelst små longitudinella strák i ytan kan man hindra de transversella mikroskopiska initialströmmar- na inom turbulensen i innersta fluidumskiktet. Därvid när man högre effekt ju mindre stråkdimensioner man lyckas åstadkomma. Kunde man nå ända ner i närheten av respektive fluidums molekylstorlek, skulle man teo- retiskt nå maximal effekt, eftersom man redan i starten dirigerar mikroenheterna, molekylerna, till en paral- lellförflyttning, som man kan kalla filkörning, varvid uppdelning i stråk hindras, därför att villkoret för denna uppdelning är en viss grad av transversell mikro- strömning. Den ökade ytan ger därvid ökad laminär frik- tion, men den broms denna utövar (=energiförlust) drab-- bar i första hand det mikroskopiskt tunna innerskiktet, vars massa och därmed tröghet är minimal. Denna energi- förlust är i de flesta fall försumbar. l andra hand flyttas med denna ökade broms ökad del av den friktions- alstrande rörelsen ut från ytan, till gränsen mellan innerskiktet och mediet utanför, och rörelsen övergår alltså i samma ökade grad till att ske inom fluidet.

Men att praktiskt på denna väg nå ens i närheten av maximal effekt har visat sig svårt. Det är dessutom omöjligt att bibehålla en sådan mikrostruktur intakt, både i vätska (t ex en båtyta) och gas (t ex en flyg- plansyta). Genom t ex adhesion av mikroskopiska par- tiklar till ytan, genom kemisk påverkan på ytmaterialet, t ex oxidation etc, förstörs nämligen denna mikrosko- piska struktur tämligen snabbt. Metoden har enligt en rapport av Walsh och Weinstein provats vid NASA Langley Research Center 1978. _ Ändamålet med föreliggande uppfinning är att på ett nytt, praktiskt genomförbart sätt förhindra upp- komsten av väggturbulens och detta sker genom att flui- dumskiktet intill väggen medelst en väggstruktur med en höjd av maximalt ca 0,1 mm uppdelas i strömnings- element, vilka genom upprepad påtvingad riktningsför- 18301840-3 3 ändring var för sig bringas att oscillera och möta varandra i vinkel för åstadkommande av en homogeniserande omblandning. På detta sätt hindras uppkomsten av stråk med olika hastigheter. För att åstadkomma detta kan de i efterföljande patentkrav 2-5 anvisade medlen användas.

Uppfinningen skall i det följande närmare beskrivas under hänvisning till bifogade ritning, på vilken fig 1 högst schematiskt ovanifràn åskådliggör ett utförande av en anordning enligt uppfinningen och fig 2 visar detta utförande från sidan. Fig 3 visar ett modifierat utförande av uppfinningen ovanifrån.

Såsom inledningsvis anges kan man förhindra vägg- turbulens genom påtvingad upprepad riktningsändring, oscillering, av strömningselementen i gränsskiktet.

För att åstadkomma denna riktningsförändring förses den aktuella ytan med förhöjningar 10 av det i fig 1 och 2 visade slaget. Förhöjningarna 10 sträcker sig i riktningen av den relativa rörelsen mellan den vägg, på vilken förhöjningarna är anordnade, och fluidet, t ex vatten, och avsmalnar till en spets mot sina ändar ovanifràn sett. Också från sidan avsmalnar förhöjning- arna mot ändarna, såsom framgår av fig 2. Pà detta sätt bildas snedplan, som bildar vinkel med varandra och rörelseriktningen. Förhöjningarna 10 är anordnade i rader, som är belägna nära varandra, och förhöjning- arna i varje rad har inbördes mellanrum 11. Endast tvâ rader visas men det inses att hela den aktuella ytan är täckt. Endast det innersta skiktet av fluidet skall påverkas och av den anledningen har förhöjningarna mycket ringa höjd, företrädesvis maximalt 0,1 mm. Då väggen med förhöjningarna 10 och ett fluidum rör sig relativt varandra kommer det innersta fluidumskiktet att splitt- ras genom att förhöiningarna 10 tvingar strömningsele- menten till upprepade riktningsförändringar, såsom visas medelst de streckade pilarna 12.

Pig 3 visar en annan möjlighet att åstadkomma ovan- nämnda effekt. De visade förhöiningarna 13, 14 kan ha 8501840-a 4 samma utförande som de i fig 1 visade men formen kan varieras om blott villkoret att ett mot den relativa rörelseriktningen och mot närliggande förhöjningar vink- lat snedplan bildas. I detta fall bildar varje förhöj- ning endast ett verksamt snedplan mot de i fig 1 visade förhöjningarnas två.

I stället för ovanstående utföranden av förhöfi- K ningarna kan dessa också bildas av långsträckta, ovan- ifrån sett sinusformiga åsar, vilka med sin huvudrikt- ning sträcker sig parallellt med varandra och med den relativa rörelsen. Också i detta fallet är höjden maxi- malt 0,1 mm.

Ovanstående förhöjningar medför att varje gång ett strömningselement när en yta, dvs ett snedplan, ändras dess riktning åt ett håll, medan riktningen änd- ras åt ett annat häll, då nästa yta påträffas. Denna önskade effekt bestämmer förhöjningarnas placering re- lativt varandra, såsom framgår av ritningarna.

Resultatet blir att samtidigt som huvudriktningen bibehálles, åstadkommes en kontinuerlig blandning, som når ända ner till den enskilda molekylen, och varje tendens till organisering i stråk hindras redan i star- ten, varigenom den turbulenta blandningen i innerskiktet bibehålles oorganiserad. _ Denna kontinuerliga blandning innebär inte endast att turbulensen i innerskiktet hindras från att organi- seras i nämnda stråk. I och med att strukturen startar denna blandning bildas ett innerskikt, som ger samma effekt som den turbulens som i ett senare skede uppstår intill en slät yta. Med skisserad struktur kläs ytan med andra ord omedelbart av ett mikroskopiskt tunt tur- bulent skikt, som bibehàlles utan organisering i stråk.

På det angivna sättet bibehålles således den av vetenskapen konstaterade skarpa gränsytan mellan tur- bulens och icke-turbulens (turbulent interface), som har att göra med den ringa inre friktionen i det ström- mande fluidet på ett sätt som ännu ej är helt klarlagt. _ ,-._.... , 8301840-8 Om denna gräns inte genombrytes av bursts, eller t ex genom att felaktig struktur vänder strömningsele- ment utåt, får man således ett stabilt gränsförhållande mellan innerskiktet och fluidet utanför, och i denna gräns ligger den helt dominerande rörelsen mellan ytan och fluidet} Friktionen blir_dà lika med fluidets inre friktion, och är således maximalt nedsatt.

Ytorna på de små upphöjningarna får emellertid inte bilda så stor vinkel mot strömriktningen att ström- ningselement tvingas utåt från ytan. Inte heller får upphöjningarnas läge inbördes vara sådant att denna effekt följer. Om sà sker àstadkommes på den vägen just det man vill hindra. Man får då i princip samma effekt som vid industriell ytràhet hos t ex en fartygsyta.

Bäst verksamma modellering av strukturen varierar med hänsyn till respektive fluidums mekaniska egenskaper (Re) och till farten. Att för varje enskilt fall finna rätt mått är en senare fråga under rubriken produkt- utveckling.

Vinsten med uppfinningen i förhållande till det inledningsvis omtalade förfarandet är att strukturens dimensioner kan vara betydligt större och ändå ge ef- fekt. Man nàr på dynamisk väg påverkan ner till de min- sta enheterna. En för framställning och bibehållande av strukturen helt avgörande vinst.

Såväl ritning som text kan tydas så att strukturen skall vara matematiskt exakt och likformigt uppbyggd.

Så skulle varit fallet om det gällt att bygga upp en mekanik. Här gäller det emellertid att genom att hindra en uppdelning i stråk i fluidet. Således att störa, hindra en mekanik att utvecklas. Dä kan ganska stora variationer och oregelbundenheter i mönstret tillåtas utan att effekten förloras.

Claims (5)

830184048 10 15 i2o 25 30 -n a d därav, att PATENTKRAV-
1. l. Sätt att förhindra väggturbulens vid relativ rörelse mellan en vägg och ett fluidum, k ä n n e - t e c k n a t därav, att fluidumskiktet intill väggen medelst en väggstruktur med en höjd av maximalt ca 0,1 mm uppdelas i strömningselement, vilka genom upprepad påtvingad riktningsförändring var för sig bringas att oscillera och möta varandra i vinkel för åstadkommande av en homogeniserande omblandning.
2. 2. Anordning för förhindrande av väggturbulens vid relativ rörelse mellan en vägg och ett fluidum, k ä n n e t e c k n a d därav, att den består av en mirrostruktur av varandra närbelägna långsträckta, smala förhöjningar (10) på väggen, vilka har en höjd som maximalt uppgår till ca 0,1 mm och vilka är orienterade med längddimensionen i den relativa rörelseriktningen och anordnade med inbördes mellanrum (ll).
3. 3. Anordning enligt krav 2, k ä n n e t e c k - förhöjningarna (10) avsmalnar mot -sina ändar.
4. 4. Anordning för förhindrande av väggturbulens vid relativ rörelse mellan en vägg och ett fluidum, k ä n n e t e c k n a d därav, att den består av en mikrostruktur av långsträckta, smala, med mellanrum (15) anordnade förhöjningar (13, 14) på väggen, vilka har en höjd av maximalt ca 0,l mm och bildar vinkel med varandra och med den relativa rörelseriktningen.
5. 5. Anordning för förhindrande av väggturbulens vid relativ rörelse mellan en vägg och ett fluidum, k ä n n e t e c k n a d därav, att den består av en mikrostruktur av smala, varandra närbelägna, långsträckta, ungefär sinusformiga åsar, vilkas huvudriktning är ungefär parallell med den relativa rörelseriktningvn.