NO173842B - Fremgangsmaate for blanding av et foerste og annet fluid, fluidblandeanordning og anvendelse av anordningen - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for blanding av et første og annet fluid, idet det første fluid ledes inn i et kammer gjennom et innløp, som en strøm som hovedsakelig ikke berører kammerveggen nær innløpet. Oppfinnelsen angår dessuten en fluidblandeanordning som omfatter et kammer som har et fluidinnløp og et fluidutløp anordnet motsatt av innløpet, idet kammeret har større tverrsnitt enn innløpet, i det minste i en del av rommet mellom innløpet og utløpet, idet kammeret er sylindrisk, med innløpet og utløpet beliggende sentrert om en midtre akse, slik at en strøm av et første fluid som fullstendig fyller innløpet strømmer inn i kammeret adskilt fra kammerveggen. Dessuten angår oppfinnelsen en anvendelse av fluidblandeanordningen.

Foreliggende oppfinnelse angår generelt styring av bevegelsen til en gassformet, væskeformet eller blandingsfase-fluidstråle som kommer ut fra en dyse. Oppfinnelsen angår særlig aspekter for å øke eller å styre blandehastigheten mellom strålen og dens omgivelser, og andre aspekter ved styring av den retning, med hvilken strålen forlater dysen der den dannes. En særlig nyttig anvendelse av oppfinnelsen er blandedyser, brennere eller forbrenningsanordninger som forbrenner gassformede, flytende eller partikkelformede faste brennstoffer, når det er nødvendig at en brennstoffrik strøm av fluid eller partikler må blandes så effektivt som mulig med et oksydasjonsfluid før forbrenningen. Oppfinnelsen angår imidlertid generelt blanding av fluider, og er ikke begrenset til anvendelser som omfatter en forbrenningsprosess.

Fremgangsmåten, fluidblandeanordningen og anvendelsen i henhold til oppfinnelsen fremgår av de etterfølgende patent-krav 1, 3 og 10. Utførelsesformer av fremgangsmåten og anordningen er angitt i patentkravene 2 og 4 - 9.

I en bestemt utførelse muliggjør oppfinnelsen styring av den vektorretning i hvilken en stråle forlater en dyse, og den kan således benyttes for å styre retningen til den skyvekraft som utøves på det element som strålen kommer ut av. Dette trekk kan også benyttes for å rette en stråle i en bestemt retning, for hvilket som helst annet formål.

Varmeenergi kan oppnås fra "fornybare" naturlige forråd og fra ikke-fornybare brennstoffer. For tiden er de mest vanlige brennstoffer som benyttes i industri og for strømproduksjon, kull, olje, naturgass eller fremstilt gass. Hensiktsmessig-heten ved olje og naturgass vil sikre at disse vil bli foretrukne brennstoffer inntil begrensninger med hensyn til deres tilgjengelighet, lokalt eller globalt, bevirker at prisene stiger til uøkonomiske nivåer. Reserver av kull er vesentlig større, og det er sannsynlig at kull vil fylle en vesentlig andel av energibehovene, særlig for strømproduksjon, langt inn i fremtiden. Forbrenning av pulverisert kull i brennere av dysetypen er for tiden den foretrukne metode for forbrenning i ovner og kjelinnstallasjoner. Det antas at denne preferanse vil fortsette for alle unntatt de laveste sorteringer av kull, idet det for disse sorteringer kan bli foretrukket fluidiserte sjikt, oppslemninger av olje og kull eller en eller annen form for forbehandling.

Forgassing av kullet er en forespeilet form for forbehandling. Levedyktigheten til bruken av lavere sorteringer av kull, via en forgassingsprosess, som en energikilde for kraftproduksjon og oppvarming, kan økes dersom det kunne utvikles en stabil gassbrenner som er tolerant overfor store variasjoner i kvali-teten til den tilførte gass.

En vanlig begrensning ved utformningen og driften av tidligere forbrenningsdyser for gassformede brennstoffer er at masse-strømningshastigheten til brennstoffet gjennom en dyse med en gitt dimensjon er begrenset av den hastighet, ved hvilken dysestrålehastigheten synker på grunn av blanding, til flammens utbredelseshastighet i blandingen. For at en flamme skal kunne eksistere må denne tilstand inntreffe ved en blandingsstyrke innen det brennbare område for vedkommende brennstoff og oksydasjonsmiddel. Dersom strømningshastigheten gjennom dysen er høy, slik at tilstanden inntreffer langt fra utløpsplanet til dysen, der intensiteten og størrelsen til de turbulente hastighetsvariasjoner er store, kam flammefronten komme utenfor grensen for mager forbrenning av blandingen, hvilket medfører at flammen slukker. Dersom således hastigheten for spredning og blanding av fluidstrålen som kommer ut fra dysen kan økes vesentlig, vil flammefronten være mere stabil og vil befinne seg nærmere dysen. På lignende måte kan forbedringer av blandeprosessen for forbrenning av partikkelformet brennstoff (f.eks. pulverisert kull) som inneholdes i en gasstrøm føre til en mere effektiv styring av den partik-keloppholdstid som kreves for tørking, forvarming, avgivelse av flyktige bestanddeler, forbrenning av partiklene og styring av de uønskede emisjonsprodukter slik som oksyder av svovel og nitrogen.

Virvelbrennere, flammeholdere og såkalte spaltebrennere er blant de anordninger som har vært benyttet for å øke blanding av brennstoffstrålen med dens omgivelser, for å overvinne eller å forsinke den type forbrenningsustabilitet som er beskrevet i det foregående avsnitt, på bekostning av øket trykktap gjennom blandedysen og/eller det sekundære luftstrøm-ningssystem. Slike dyser er begrenset til å arbeide under en kritisk strålebevegelsesmengde, ved hvilken den stabiliserende strømningstilstand som de danner endres plutselig, slik at de mister sine stabiliserende egenskaper og bevirker at flammen blir ustabil og eventuelt slukkes.

Alle de ovenfor nevnte midler for å forbedre flammestabiliteten er vanligvis kombinert med delvis "forblanding" av brennstoffet med luft eller oksydasjonsmiddel. Slik forblanding har den virkning at den minsker den grad av blanding som kreves mellom brennstoffstrålen og dens oksyde-rende omgivelser for å frembringe en brennbar blanding.

Dersom den er feilaktig utformet eller regulert kan en forblandingsbrenner medføre tilbakeslag, en tilstand der flammen beveger seg oppstrøms fra brennerdysen. I alvorlige tilfeller der normale sikkerhetsprosedyrer har sviktet eller

er blitt oversett, kan dette føre til en eksplosjon.

Andre midler for å frembringe en stabil flamme ved økede brennstoffstrømningshastigheter er ved å pulsere strømmen av fluid eller ved akustisk å eksitere dysestrålen for å øke blandehastigheten. Eksitasjon kan skje ved hjelp av ett eller flere stempler, en klaff, en eller flere roterende skiver med spalter eller ved hjelp av en høyttaler eller en vibrerende vifte eller membran anbragt oppstrøms for eller nedstrøms for stråleutløpet. Når det benyttes en høyttaler kan fasen og frekvensen til lyden innstilles med en tilbakekoblingskrets, fra en føler anbragt ved stråleutløpet. Under bestemte betingelser kan strålen ekspanderes og blandes meget hurtig på grunn av virkningen til intense virvler i stråleutløpet. Det er også muligå bevirke at strålen eksiterer seg selv akustisk, uten at det kreves noen elektroniske kretser e.l., ved å bevirke naturlig forekommende strømningsvariasjoner for å eksitere et hulrom til akustisk resonans. Det er blitt påstått at det er en fordel med et hulrom ved dyseutløpet for bestemte strålehastigheter. Ved å plassere resonanshulrommet mellom et innløpsparti og et utløpsparti inne i stråledysen inntreffer øket blanding innen et stort område av strålehastigheter. Dette er prinsippet med den såkalte fløytebrenner som er beskrevet i beskrivelsen til australsk patentsøknad nr. 88999/82.

En alvorlig begrensning ved fløytebrenneren er at forbedringen bare inntreffer ved den øvre ende av arbeidsområdet til brenneren, ettersom eksitasjonen krever en høy utløpshastighet til brennstoffstrålen fra dysen. Drivtrykket som kreves for å oppnå denne høye utløpshastighet er større enn det som vanligvis er tilgjengelig i industriell gassforsyning.

En annen ulempe med fløytebrenneren er det høye støynivået som oppstår ved en bestemt frekvens.

Som nevnt angår oppfinnelsen også styring av den retning med hvilken strålen forlater dysen som den dannes av. Utformningen og fremstillingen av stråledyser som retter strålen i en bestemt retning ved bevegelse av selve dysen, eller ved hjelp av avbøyningsskovler eller staver som er innsatt i strålen for å avbøye denne når den forlater dysen, er kompliserte og det er mulighet for svikt eller feil under drift av slike dyser med slike retningsstyrte stråler. Disse dyser anvendes f.eks. i luftfartøyer som kan ta av og lande på kort bane, for narreprosjektilanordninger, i romfartøyer for retningsstyring og i noen anordninger for fluidstyring.

Med oppfinnelsen er i det minste delvis unngått de ovenfor nevnte ulemper ved forbrenningsdyser som for tiden er i bruk.

Et særlig formål er å oppnå øket blanding mellom en fluidstråle og dens omgivelser, i en grad som ligner det som oppnås med en fløytebrenner, men med meget lavere brennstoffstråle-utløpshastigheter, ved meget lavere drivtrykk og uten at det oppstår støy med høy intensitet ved en bestemt frekvens.

Anordningen i henhold til oppfinnelsen er fortrinnsvis hovedsakelig aksesymmetrisk, men den kan også være usymmetrisk. Når anordningen er aksesymmetrisk skyldes usymmetrien ved tilbakestrømningen av den primære strålen inne i kammeret de små azimutale variasjoner som naturlig inntreffer i graden av innhold av omgivende fluid fra det avgrensede rom i kammeret. Denne situasjon er ustabil, slik at graden av avbøyning av den primære strålen øker progressivt inntil den kommer til den indre vegg i kammeret.

Utløpet er fortrinnsvis større enn innløpet, eller i det minste større enn kammertverrsnittet ved den nevnte separasjon av strømmen. Dette sikrer et tilstrekkelig tverrsnitt for å inneholde både den usymmetrisk utstrømmende presesjonsstrøm og den sekundære strøm. Utløpet kan ganske enkelt være en åpen ende av et kammer eller et kammerparti med jevnt tverrsnitt, men fortrinnsvis er det i det minste en omkretsinnsnevring ved utløpet for å bevirke eller øke en tverrgående hastighetskomponent i presesjonsstrømmen som strømmer tilbake mot veggen. Fluidinnløpet er fortrinnsvis en tilstøtende, enkel åpning som ikke deler opp det første fluidet når det strømmer inn i kammeret. Uttrykket presesjon betyr her ganske enkelt rotasjonen av den skrått rettede usymmetriske strøm rundt aksen mellom innløpet og utløpet. Det betyr ikke nødvendigvis noen virvling inne i selve strømmen når strømmen roterer, selv om dette naturligvis også kan inntreffe.

I stedet for hovedsakelig fullstendig separasjon av strømmen og indusert presesjon i det utstrømmende, usymmetrisk rettede fluid kan separasjonen bare være delvis, f.eks. på en side av innløpet og aksen, og den resulterende, delvis separerte strøm kan være en rettet strøm under en vinkel med aksen mot den samme side av kammeret som den der separeringen skjer.

Det foretrekkes at utløpet omfatter en omkretsinnsnevring, slik som en omgivende leppe som påvirker strømmer og øker dennes usymmetriske retning fra utløpet. Innløpet er fortrinnsvis en svakt konvergerende og divergerende innsnevring utstyrt med et fremspring eller en annen hindring, på en side eller nær sitt minste tverrsnitt, for å bevirke den delvise separering. Fremspringet er fortrinnsvis innrettet til å trekkes tilbake, og det kan være bevegelig i omkretsretningen for å muliggjøre styring av retningen til den utgående strøm. Alternativt er flere elementer individuelt utstyrt med midler for å trekkes tilbake eller til å føres frem inn i det indre av innsnevringen på forskjellige azimutale steder eller steder i omkretsretningen. Fremspringet kan være en tunge eller en annen materiell innretning, eller det kan være en liten stråle av et fluid som ligner eller er forskjellig fra fluidet i den primære strålen.

I en dyse i henhold til denne utførelse av oppfinnelsen avbøyes strømmen langs veggen gjennom kammeret plutselig ved utløpet fra kammeret, på grunn av en kombinasjon av leppen i utløpsplanet og det usymmetriske innhold av fluidet som tilføres fra utsiden, fra å forlate dysen som en stråle som beveger seg i en retning motsatt fra den side av kammeret som strømmen hadde strømmet langs. Denne usymmetrisk rettede strålen har ingen presesjon rundt dysen, men holder seg i en fast vinkelmessig retning i forhold til fremspringet eller hindringen i innløpsplanet. Vektorretningen til strålen kan således bestemmes ved hjelp av det lille fremspringet eller hindringen som er innført eller innsprøytet ved eller nær munningen, d.v.s. ved eller nær det minste tverrsnitt, i innløpet til dysen. Retningen kan varieres ved å variere den azimutale stilling til fremspringet. Dette kan oppnås ved å dreie hele dysen rundt dens hovedakse eller ved å anordne flere aktivatorer rundt innløpsdysemunningen som hver kan anbringes i strømmen, eller trekkes tilbake fra strømmen, og kan være tapper, staver eller lokale fluidstråler, for å danne eller fjerne et fremspring på et bestemt azimutalt sted. Slike aktivatorer kan betjenes manuelt, mekanisk eller elektromagnetisk, og kan styres av en datamaskin eller et annet system for logisk styring.

Når en blandedyse i henhold til oppfinnelsen er utført som en brennerdyse for forbrenning av gassformet brennstoff, forbed-res blandingen og således flammestabiliteten i hele driftsområdet fra en tennflamme og til mange ganger det drivtrykket som kreves for å bevirke strømning med lydhastighet gjennom den minste åpning inne i brenneren.

En dyse som omfatter oppfinnelsen kan således under normal drift bevirke en flamme med forbedret stabilitet ved drifts-trykk og strømmer som er typiske for tidligere kjente forbrenningsdyser. For særskilte anvendelser som krever meget høy forbrenningsintensitet bevirker den også en stabil flamme opp til og over de trykk som kreves for å bevirke strømning med lydhastighet inne i dysen.

Det er vesentlig å merke seg at det nevnte, høye stabilitets-nivå oppnås uten at det kreves noen forblanding av brennstoffet og oksydasjonsmiddelet. Dersom en begrenset mengde forblanding benyttes vil imidlertid den forbedrede blanding mellom den forblandede strålen og dens omgivelser forbedre

flammestabiliteten.

Stråleblandedysen som omfattes av oppfinnelsen kan kombineres med andre forbrenningsinnretninger, slik som for virvling av sekundærluften, en innløpstrakt, og for noen anvendelser en "forbrenningsflate" som danner et kammer og en innsnevring for å bevirke en flamme med stor bevegelsesmengde.

Fordi stråleblandedysen kan arbeide med lave strålehastigheter og ikke er avhengig av de akustiske egenskaper til strømmen gjennom dysen, kan den benyttes for forbrenning av pulverformede, faste brennstoffer, forstøvede, væskeformede brennstoffer eller brennstoffoppslemninger. Ved noen anvendelser og utførelser kan forbedring av blandingen skje med visse avbrudd, særlig i meget små dyser. Slike avbrudd kan elimineres ved at det anbringes et lite avskrådd element eller en hul sylinder inne i kammeret eller like utenfor kammerutløpet. Alternativt kan strømmen som kommer inn i kammeret påvirkes til å virvle noe ved hjelp av skovler, eller ved hjelp av andre midler, for å minske eller eliminere avbruddene når dette er nødvendig.

Forholdet mellom avstanden mellom midlene for strømnings-separasjon og utløpet og diameteren til kammeret ved stedet for tilbakestrømning til veggen er fortrinnsvis større enn 1,8, og fortrinnsvis større enn 2,0, og helst omtrent 2,7. Når kammeret er en sylinder med jevnt tverrsnitt som rager mellom endevegger som er vinkelrett på sylinderen og omfatter innløpet og utløpet, er dette forhold forholdet mellom kammerlengden og diameteren.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til de vedføyde tegninger. Fig. 1 (a-h) viser et utvalg av alternative utførelser av en blandedyse i henhold til oppfinnelsen, egnet for blanding av en strøm med et fluid som omgir dysen. Fig. 2 (a-e) viser et utvalg av anvendelser for en blandedyse i henhold til oppfinnelsen, når det skal blandes to strømmer. Fig. 3 viser det målte, samlede trykk (statisk trykk og dynamisk trykk) på strålens senterlinje på et sted to utløpsdiametere nedstrøms fra dyse-utløpet, for en bestemt dyse, som en funksjon av lengden til kammeret. En liten verdi for det samlede trykk indikerer liten strømnings-hastighet. Fig. 4 viser det målte forhold mellom den utragende flammelengde og utløpsdiameteren som en funksjon av Reynolds tall (fig. 4a) og som en funksjon av den gjennomsnittlige hastighet gjennom utløpsplanet (fig. 4b) for en standard brennerdyse uten virvel, sammenlignet med en brennerdyse i henhold til oppfinnelsen. Fig. 5 viser, for to forskjellige dyser i henhold til oppfinnelsen og for den tidligere kjente fløytedyse, de geometriske forhold som kreves for å oppnå stabile forbrenningsdyser. Fig. 6 viser skjematisk et strømningsdiagram som i perspektiv viser det momentane mønster til den tredimensjonale, dynamiske strøm med presesjon og virvling, som antas å eksistere i og rundt en dyse i henhold til oppfinnelsen etter at det er oppnådd forbedret blanding. Fig. 7 viser en utførelse av anordningen, for styring

av stråleretningen.

I de utførelser av oppfinnelsen som er vist i fig. la-e omfatter dysen et rør 5 som inneholder et kammer 6. Kammeret 6 avgrenses av den indre sylinderflaten til røret 5 og av endevegger som står vinkelrett på røret og danner et inn-løpsplan 2 og et utløpsplan 3. Innløpsplanet 2 omfatter en innløpsåpning 1 med diameter dx, og omkretsen av åpningen utgjør midler for å adskille en strøm gjennom innløpsåpningen 1 fra veggene i kammeret. Utløpsplanet 3 omfatter hovedsakelig en smal leppe 3a som avgrenser en utløpsåpning 4 med diameter d2 som er noe større enn d1. Leppen 3a kan være avfaset langs sin indre kant, og det kan også omkretsen av innløpsåpningen 1 være. Fluid ledes til åpningen 1 gjennom et tilførselsrør o med diameter d0.

Alle de fire utførelser som er vist i fig. la-e består av et hovedsakelig rørformet kammer med lengde fi og diameter D (der diameteren D er større enn innløpsåpningens diameter dx) . Kammeret trenger ikke å ha konstant diameter langs sin lengde i strømningsretningen. Fortrinnsvis er det en diskontinuitet eller en annen forholdsvis plutselig endring av tverrsnittet ved innløpsplanet 2 slik at innløpsdiameteren er d1. Forholdet mellom diameteren til den oppstrøms ledning dc og innløps-diameteren dx er vilkårlig, men dQ<>> dx.

Typiske forhold mellom dimensjonene I og D ligger i området 2,0 < {/D < 5,0.

Et forhold t/D = 2,7 er funnet å gi særdeles god forbedring av blandingen.

Typiske forhold mellom dimensjonene d1 og D ligger i området 0,15 < dx/D <<> 0,3.

Typiske forhold mellom dimensjonene d2 og D ligger i området 0,75 < d2/D < 0,95.

Disse forhold er typiske for de utførelser som er vist i

fig. la-e, men de utgjør ingen begrensning, og er ikke nødvendigvis de forhold som gjelder for alle utførelser. Forholdet mellom geometrien for den foreliggende oppfinnelse, slik som angitt ovenfor, og geometrien for tidligere kjente dyser er vist i fig. 5. Det skal påpekes at det området av geometriske forhold for hvilke blandingsforbedringen er meget stabil økes betydelig ved hjelp av utførelsen vist i fig. le.

I fig. le er vist et element 7 som på passende måte er opphengt i strømmen, for det nevnte formål å hindre avbrudd, d.v.s. ombyttinger av presesjonsretningen. Elementet kan være kompakt eller hult. Det kan også ha åpninger mellom innsiden og utsiden. Elementet 7 kan ha hvilken som helst oppstrøms og nedstrøms utforming som er funnet å være hensiktsmessig og effektiv for en gitt anvendelse. Det kan f.eks. være prosjek-tilformet eller sfærisk. Det kan dessuten danne innsprøyt-ningspumpe for væskeformet eller partikkelformet brennstoff. Lengden til elementet, x2 - xlr er vilkårlig, men er vanligvis mindre enn halvparten av lengden { til hulrommet, og kan f.eks. være mindre enn omtrent D/4. Det kan f.eks. være plassert i hulrommet slik som vist i fig. le, i hvilken x2 < i. og x: < {. Det kan også være plassert slik at det rager gjennom utløpsplanet 3, hvorved x2 > fi og xx < 0, eller det kan befinne seg fullstendig utenfor utløpsplanet 3 til dysen, hvorved x2 > { og x1 > i . Ytterdiameteren d3 til elementet er mindre enn hulromsdiameteren D, og innerdiameteren d4 kan ha hvilken som helst verdi mellom 0 (kompakt element) og en øvre grense som nærmer seg d3. Elementet kan f.eks. være plassert symmetrisk i forhold til røret, men det kan også være plassert usymmetrisk.

Utførelsene i fig lf, g og h skiller seg fra utførelsen i

fig. le ved at kammeret 6 divergerer gradvis fra innløps-åpningen 1. I dette tilfelle må divergensvinkelen og/eller graden av økning av divergensvinkelen være tilstrekkelig til å bevirke fullstendig eller delvis separasjon av en strøm som tilføres gjennom og fullstendig fyller innløpsåpningen 1, for at det skal oppstå presesjon for strålen.

Fig. 2a-e viser typiske geometrier for blandingen av to fluidstrømmer, en indre og en ytre strøm angitt med henholds-vis strøm 1 og strøm 2. Enten strøm 1 eller strøm 2 kan utgjøre f.eks. et brennstoff, og enten strøm 1 eller strøm 2 eller begge strømmer kan inneholde partikkelformet materiale eller små dråper. Når det gjelder fig. 2a tilføres strøm 2 på en slik måte at den bevirker en virvel, med en retning som fortrinnsvis, men ikke nødvendigvis, er motsatt av stråle-presesjonen. Forholdet mellom diametrene D og d kan være en hvilken som helst fysisk mulig verdi som muliggjør at det oppnås det ønskede blandingsforhold mellom strømmene. Ekspansjonspartiet 8 er en trakt med en form og en vinkel som kan velges passende for hver anvendelse.

Fig. 2b viser en variant av fig. 2a der et kammer 10 er dannet ved tilføyelsen av en forbrenningsvegg 9, gjennom hvilken den brennende blanding av brennstoff og oksydasjonsmiddel kon-vergerer fra traktdiameteren dg, for å danne en brennende stråle fra et utløp 11 med diameter dE eller fra en utløps-spalt 11 med høyde dE og en hvilken som helst passende bredde. Ved denne utforming kan det ved passende valg av formen og ekspansjonsvinkelen til trakten 8 i forhold til virvelen i strøm 1 og presesjonsgraden til strøm 2 bevirkes en virvel for å bevirke en intim blanding mellom fluidene som danner strøm 1 og strøm 2, i tillegg til den intime blanding som skjer på grunn av presesjonen til strålen.

En dyse i henhold til oppfinnelsen er fortrinnsvis laget av metall. Andre materialer kan benyttes, enten for forming, støping eller bearbeiding, og dysen kan f.eks. være laget av et passende keramisk materiale. Når det benyttes en forbrenningsvegg kan både veggen og trakten være laget av et keramisk eller annet varmebestandig materiale. For anvendelser uten forbrenning, med forholdsvis lave temperaturer, kan plast, glass eller organiske materialer slik som treverk benyttes for å fremstille dysen.

Dysene i henhold til den foreliggende oppfinnelse er fortrinnsvis sirkelformede i tverrsnitt, men de kan også ha andre former, slik som kvadratisk, sekskantet, åttekantet, elliptisk eller lignende. Dersom tverrsnittet til hulrommet har skarpe hjørner eller kanter kan det oppnås visse fordeler ved å avrunde hjørnene. Som nevnt ovenfor kan det være en eller flere fluidstrømmer, og hvilken som helst fluidstrøm kan inneholde partikler. Strømningshastigheten gjennom innløps-åpningen 1 med diameter dx kan være under lydhastigheten, eller den kan være lik lydhastigheten dersom det foreligger et tilstrekkelig trykkforhold over dysen, d.v.s. at hastigheten kan bli lik lydhastigheten i det bestemte fluid som danner strømmen gjennom åpningen 1. Bortsett fra ved eksepsjonelle omstendigheter når tilførselsrøret o oppvarmes tilstrekkelig til å bevirke at strømningen får overlydhastighet, vil den største hastighet gjennom åpningen 1 være lydhastigheten i fluidet. Ved de fleste forbrenningsanvendelser vil hastigheten som regel være under lydhastigheten. Ved noen anvendelser kan det være hensiktsmessig at munningspartiet dx etter-følges av et profilert parti som er utformet for å bevirke strømning med overlydhastighet inn i kammeret.

Ved hjelp av en kombinasjon av en nøyaktig synliggjøring av strømmen inne i og forbi blandedysen i henhold til oppfinnelsen (ved hjelp av høy- og lavhastighetsfilming av farge-stoffer i vann, av røkmønster i luft, av partikkelbevegelser og av migrering av oljefilmer på innsiden av dysen), og målinger av midlere og varierende hastigheter i systemet, synes den følgende beskrivelse å forklare strømningen. Denne detaljerte beskrivelse er ikke forstå som noen begrensning av omfanget av oppfinnelsen, ettersom den er et postulat basert på analyser av observerte virkninger. I beskrivelsen henvises det til fig. 6.

Med utgangspunkt i strømning uten virvel (parallellstrøm) i det oppstrøms innløpsrør o, strømmer fluidet inn i kammeret 6 gjennom innløpsåpningen 1, der strømmen danner en separat stråle 20. Geometrien til dysen er slik valgt at de naturlig forekommende ustabiliteter i strømmen vil bevirke at strømmen 20 (som divergerer gradvis mens den opptar fluider fra det indre av hulrommet 21) strømmer usymmetrisk mot rørveggen ved 22, i et parti på innsiden av kammeret 6. Det meste av strømmen fortsetter hovedsakelig i nedstrøms retning inntil den treffer leppen eller diskontinuiteten 3a rundt utløps-åpningen 4 i utløpsplanet 3 til dysen. Leppen bevirker at en komponent av strømningshastigheten rettes mot den geometriske senterlinjen til dysen, hvilket bevirker eller bidrar til at den divergerende hovedstrømmen eller strålen strømmer usymmetrisk ut av dysen ved 23. Det statiske trykk inne i kammeret og ved utløpsplanet til dysen er mindre enn i omgivelsene, på grunn av tilførselen av den primære strålen inne i kammeret, og denne trykkforskjell over den utstrømmende strålen øker dens avbøyning mot og på tvers av den geometriske senterlinjen. Ettersom hovedstrømmen ikke inntar hele det tilgjengelige areal i utløpsåpningen til dysen dannes det en strøm 24 av omgivelsene som kommer inn i kammeret 6 og beveger seg i oppstrøms retning, gjennom det parti av utløpsåpningen som ikke opptas av hovedstrømmen 20.

Den del 26 av strømmen som strømmer til veggen inne i kammeret og endrer retning inntar en bane som først er tilnærmet aksial langs innsiden av kammeret 6, men banen begynner å dreie og rettes i økende grad i azimutretningen. Dette bevirker i sin tur at strømmen 24 danner en virvel som forsterkes kraftig etterhvert som den nærmer seg innløpsenden til kammeret. Strømlinjene i dette område er nesten fullstendig i azimutretningen, slik som antydet med de stiplede linjer 25 i fig. 6. Det antas at fluidet deretter strømmer i spiral mot sentrum av kammeret, og går inn i hovedstrømmen 20. Trykkfeltet som driver den kraftige virvel inne i kammeret mellom separerings-punktet 1 og kontaktpunktet 22 utøver en lik og motsatt rotasjonskraft på hovedstrømmen 20, hvilket påvirker denne til presesjon rundt den indre omkrets av kammeret. Denne presesjon er i motsatt retning i forhold til fluidvirvelen 25 inne i kammeret, og bevirker en rotasjon av trykkfeltet inne i kammeret. Den stabile tilstand er således en tilstand av dynamisk ustabilitet der spinnet som er tilknyttet presesjonen til den primære strålen og dennes kontaktpunkt 22 inne i kammeret 6 er lik og motsatt av spinnet til virvelbevegelsen til resten av fluidet inne i kammeret. Dette skyldes at det ikke er noe spinn i den inngående strøm, og at det ikke utøves noen ytre tangentialkraft mot strømmen inne i kammeret, slik at det samlede spinn må være 0 hele tiden.

Hovedstrømmen er som nevnt, når den forlater dysen, rettet usymmetrisk i forhold til senterlinjen til dysen og har en hurtig presesjon rundt utløpsplanet. Det skjer derved gjennomsnittlig en meget fremtredende, første ekspansjon av strømmen fra dysen. Hovedstrømmen utfører en presesjon rundt utløpsplanet, og det gjør også den sekundære strøm 24 fra omgivelsene når den strømmer inn i kammeret. Dette ytre fluid går inn i hovedstrømmen inne i kammeret, slik at blandeprosessen starter. En følge av de observasjoner som er nevnt i avsnittet ovenfor angående spinn er at fordi hovedstrømmen utfører presesjon når den forlater dysen må fluidet i strålen virvle i en retning motsatt av presesjonsretningen, for å utligne spinnet.

Det er ikke nødvendigvis noen foretrukket retning for virvelen som starter inne i kammeret. Når den har startet søker den å opprettholde den samme virvelretning, samt den motsatte presesjonsretning, i lengre perioder. Imidlertid kan ret-ningene, av grunner som ikke er forstått, av og til endres. Når dette inntreffer skjer det en momentan endring av graden av blandingsforbedring. Frekvensen til slike endringer i virvel- og presesjonsretning ser ut til å øke når størrelsen til dysen avtar. Den hyppighet som graden av forbedring endrer seg med er således større for små dyser enn for store dyser. Dette er de avbrudd som er nevnt ovenfor. De kan elimineres ved at det i kammeret, eller umiddelbart utenfor utløpet fra kammeret, anbringes en eller annen liten hindring, slik som elementet 7 vist i fig. le, eller et kompakt element slik som beskrevet ovenfor, eller ved at det oppnås en foretrukket virvelretning ved hjelp av en virveldannende innretning i tilførselsrøret o til dysen. Den resulterende presesjon blir derved stabil og i en retning motsatt av virvelen. Det samlede spinn må til enhver tid være lik det spinn som tilføres strømmen av den virveldannende innretning i tilførselsrøret o til dysen.

Forståelsen av hva som skjer med strømmen og som bevirker stråleavbøyningen og den hurtige presesjon, vist i fig. 6, underbygges av de øvrige resultater som er illustrert i fig. 7. Det oppstrøms parti eller innløpspartiet 1' består av et konvergerende parti 101, et parti 102 med minst strømnings-tverrsnitt og en jevn overgang til et divergerende parti 103, slik som i en Laval-dyse. Ekspansjonsgraden i det divergerende parti 103 er slik at den bevirker at strømmen forlater et segment av omkretsen mens den forøvrig strømmer langs flaten.

Under slike omstendigheter skjer ingen tilbakestrømning til flaten av den separerte strålen, og det finnes følgelig ingen del av strømmen som er ekvivalent med strømmen 26 i fig. 6. Dessuten er det ingen bane som fluid kan strømme langs i azimutal- eller skrueretning rundt den primære strålen. Det er således ingen mekanisme som bevirker at det kan inntreffe virvling av den reverserte strøm og den resulterende presesjon av hovedstrålen. Strålen vil derfor opprettholde kontakt hovedsakelig langs et segment av veggen 104 i kammeret 6'. Den azimutale beliggenhet til dette segment kan positivt bestemmes ved at det anbringes et lite fremspring 106 i et punkt på overflaten av innsnevringen 102 i det konvergerende og divergerende innløp 1' til dysen. Det inntreffer derved kontakt med veggen i kammeret på motsatt side av fremspringet 106. Strømmen som er i kontakt med veggen blandes kraftig med returstrømmen inn i kammeret fra utsiden gjennom utløpet 4', slik at det dannes en trykkgradient i partiet til kammeret. Dette bevirker, sammen med påvirkningen fra leppen 3a' i utløpsplanet, at strålen forlater dysen under en spiss vinkel, i en retning motsatt av den side av kammeret som strømmen strømmer langs. Den relative beliggenhet av fremspringet 106 langs omkretsen kan endres på flere måter. F.eks. kan hele dysen dreies rundt sin hovedakse. Alternativt kan et sett tapper 113, eller hull som små fluidstråler kan bringes til å strømme gjennom, anordnes rundt omkretsen av innsnevringen. Ved hjelp av en enkel manuell, mekanisk eller elektrisk aktivering kan hvilken som helst av tappene føres inn i strømmen, eller hvilken som helst av strålene kan utelates, for å danne et fremspring eller en lokal, aerodynamisk sperre 106 for således å bestemme den retning som strålen strømmer ut av dysen gjennom utløpet 4' med. Resultatet er at den utførelse som er vist i fig. 7 kan benyttes som en dyse med retningsbestemt skyvekraft.

En indikasjon av effektiviteten til en brennerdyse i henhold til oppfinnelsen som bevirker blanding,- og i hvilken den utgående strøm utfører presesjon og forbedrer flammestabiliteten, kan fås av en betraktning av fig. 4, i hvilken er vist flammelengden til en flamme av naturgass som en funksjon av Reynolds tall og den midlere dyseutløpshastighet. Flammelengden er avstanden mellom dyseutløpsplanet og flammefronten, og er et mål for forholdet mellom hvor hurtig brennstoffet og oksydasjonsmiddelet blandes, og hvor hurtig disse strømmer. Sagt på en enkel måte vil, ved en gitt blandehastighet, flammelengden øke ved økende utløpshastighet (som er propor-sjonal med strømningshastigheten). På lignende måte vil, ved en gitt utløpshastighet, flammelengden avta når blandehastigheten øker. Av fig. 4 fremgår at flammelengden for brenneren med forbedret blanding er ekstremt liten, hvilket viser at blandehastigheten er meget høy.

En stråle av fluid fra en dyse og inn i forøvrig stasjonære omgivelser øker i hastighet når den beveger seg nedstrøms. Etterhvert som fluidet i strålen opptar, eller blander seg med det omgivende fluid må det akselerere fra stillstand og opp til blandingshastigheten. For å oppnå dette må strålen avgi noe av sitt spinn, og den må følgelig avta i hastighet. Med avtagende hastighet skjer en økning av stråletverrsnittet, d.v.s. at strålen sprer seg. Graden av minskning av strålehastigheten er således et mål for spredningsgrad, eller av den hastighet som strålen blander seg med omgivelsene. En enkel sammenligning av blandehastighetene for forskjellige dyse-utforminger kan således oppnås ved å anbringe en hastig-hetsføler i strålens senterlinje, i en bestemt geometrisk stilling i forhold til strålens utløpsplan.

Resultatene av et slikt eksperiment er vist i fig. 3, i hvilken det samlede trykk i strålen i gjennomsnitt over tid på et sted som er to dyseutløpsdiametere nedstrøms for utløps-planet, er angitt som en funksjon av lengden til kammeret i en bestemt dyse i henhold til oppfinnelsen, for flere drivtrykk, d.v.s. for flere strømningshastigheter. Når det statiske trykk er konstant er det samlede trykk proporsjonalt med kvadratet til hastigheten til strålen i målepunktet. Det fremgår av fig. 3 at for en kammerlengde på 240 mm, som tilsvarer C/D = 2,64, er det målte, samlede trykk omtrent null for alle strømningshastigheter, hvilket indikerer en meget lav strålehastighet to dyseutløpsdiametere bort fra dyseutløpet. Dette indikerer i sin tur en meget hurtig diffusjon av strålen og en forbedring av dens blanding med omgivelsene. Nærmere bestemt bevirker krumningen til hovedstrømlinjene i strålen, sammen med den ekstremt høye spredningshastighet, at det statiske trykk langs senterlinjen nær dyseutløpet først ligger under omgivelsestrykket, men deretter øker til omgivelsestrykket innen en avstand på to dysediametere fra utløpsplanet. Et samlet trykk på null meget nær dyseutløpsplanet betyr således ikke nødvendigvis at hastigheten er null. Den er imidlertid meget liten.

Når dysen benyttes som en brenner for å blande brennstoff og et oksydasjonsmiddel når disse strømmer sammen i en ringformet strøm, som kan være i virvel, slik som i utførelsene i fig. 2a eller 2b, eller som kan være rettet på annen måte, er det fordelaktig å benytte en trakt, slik som vist i fig. 2a, eller en kombinasjon av en trakt og en forbrenningsflate, slik som vist i fig. 2b. Slike arrangementer fremmer intim blanding mellom de reagerende stoffer, og supplerer den grovere blanding som er tilknyttet presesjonen. Med disse midler kan det oppnås stabile flammer ved alle blandingsforhold fra meget rike til ekstremt magre.

Alle de hittil oppnådde resultater indikerer at det samme strømningsfenomen opptrer for alle strømningshastigheter, slik at problemet med begrenset reguleringsforhold ved bruk av fløytedysen er løst.

Alt i alt indikerer resultatene at en blandedyse i henhold til oppfinnelsen i høy grad forbedrer blandingen mellom strålen som strømmer ut av dysen og det omgivende fluid, og bevirker en meget hurtig spredning av strålen. Når dysen benyttes som en brennerdyse vil følgelig den blandingsstyrke som er nødvendig for å opprettholde en flamme dannes mye nærmere dysen enn tilfellet ville være med en sammenlignbar strøm-ningshastighet fra en vanlig brennerdyse. De store spred-ningsvinkler henger sammen med en meget hurtig minskning av strålehastigheten, hvilket muliggjør at flammefronten kan befinne seg meget nær dyseutløpet, der området for endringer i turbulensen er lite, slik at det oppnås en meget stabil flamme. Dette er særlig viktig når brennstoffer brenner med lav flammehastighet, slik som naturgass, og brennstoffer med lavt kaloriinnhold.

En forbrennings- eller brennerdyse i henhold til oppfinnelsen medfører de følgende fordeler: (i) Den er stabil i hele driftsområdet fra tennstrøm, med drivtrykk som utgjør en brøkdel av en kPa, til effektivt strupet strøm (d.v.s. f.eks. ved et drivtrykk for naturgass eller LPG på omtrent 150 kPa overtrykk. Ved 180 kPa er strømmen helt strupet). Dette drivtrykk kan sammenlignes med vanlig gasstrykk for husholdning på omtrent 1,2 til 1,4 kPa, trykk ved industrielt bruk på omtrent 15 til 50 kPa, og trykk for særskilte anvendelser i området fra omtrent 70 til 350 kPa. (ii) Dysen kan "overblåses". Forsøk med opp til 800 kPa (manometertrykk) har ikke bevirket at flammen fra brenneren er blitt blåst ut. (iii) Med arrangementet med trakt og forbrenningsflate vist i fig. 2b og gass tilført ved trykk på 2,5 kPa eller høyere har det ikke vært mulig å blåse ut flammen fra dysen med den lufttilførselskapasitet som er tilgjengelig i det eksperimentelle utstyr. Den størst oppnåelige luftstrøm tilsvarer mere enn 1000 % mere luft enn det som kreves for støkiometrisk forbrenning. (iv) Støyen under bruk er mindre enn for fløytedysen, og inneholder ingen dominerende, bestemte toner. Støynivået er i det minste sammenlignbart med en konvensjonell dyse som arbeider stabilt med den samme massestrøm pr. tidsenhet. (v) Brennstoffet kan antennes i hvilket som helst punkt i hele driftsområdet. (vi) Flammen slukkes ikke ved at det dannes stor forstyrrelse ved brennerutløpet, f.eks. på grunn av tverr-strømmer eller ved at en skovl beveges ved eller gjennom flammen. (vii) Driften tåler forholdsvis store variasjoner (omtrent ± 10 % for dimensjonene { og d2 for gitt dx og D) . Påliteligheten kan således antas å være god.

Til tross for at de overfladisk ligner fløyteedysen som er beskrevet i australsk patentsøknad 88999/82, har de beskrevne utførelser av oppfinnelsen en vesentlig forskjellig geometri, og det oppnås forbedret blanding ved hjelp av fullstendig forskjellige fysiske prosesser. Det skjer ingen akustisk eksitasjon av strømmen, hverken påtvunget eller naturlig. Dette faktum fremgår av detaljerte akustiske spektra og av de oppnådde resultater. For en bestemt utførelse av en dyse i henhold til oppfinnelsen er blandingshastigheten som oppnås når en vannstråle strømmer ut av dysen og inn i en stasjonær vannmengde hovedsakelig den samme som når en stråle av luft eller gass strømmer ut av dysen, med det samme Reynolds tall, inn i stillestående luft. Dersom blandingen var avhengig av et akustisk fenomen kunne ikke dette resultat ha blitt oppnådd, fordi forskjellene i materialegenskapene til vann og luft bevirker at Mach-tallene i de to strømmer er forskjellige med en faktor på omtrent 70.

Spekteret i støyen som bevirkes av en inert stråle av gass som strømmer ut fra en blandedyse i henhold til oppfinnelsen oppviser ingen dominerende, bestemte frekvenser, og det oppstår heller ingen dominerende, bestemte frekvenser når strålen antennes. Støyen som kommer fra en stråle som strømmer ut fra en blandedyse i henhold til oppfinnelsen er mindre enn eller sammenlignbar med støyen fra en konvensjone-nell stråle med den samme massestrømning pr. tidsenhet, og er vesentlig mindre enn støyen fra en fløyteedyse i henhold til patentsøknad 88999/82.

Resonanshulrommet i den tidligere kjente fløytedyse er dannet ved at to plater med åpninger er anbragt i dysen. Strøm-ningsbanene med forbedret blanding som er konstatert i og fra den tidligere kjente brenner frembringes som et resultat av at hulrommet mellom de to platene med åpning bringes i resonans i en eller flere av de naturlige, akustiske svingemåter. Svingningene eksiteres av kraftige toroidformede virvler som kommer periodisk fra den oppstrøms innløpsplaten med åpning. Disse virvler driver, ved samvirke med innsnevringen i utløpsplanet, den radiale, akustiske 0,1-hovedmodus i hulrommet. Selv om denne 0,1-modus i seg selv ikke er tilstrekkelig til å bevirke noen vesentlig forbedring av blandingen, kan den kombineres med en eller flere av resonansmodiene i hulrommet, slik som orgelpipemodusen. Resonansmodusen eller -modiene driver i sin tur en intens, toroidformet virvel, eller et system av toroidformede virvler, nær og nedstrøms fra dyseut-løpet. Forholdet mellom lengden til hulrommet i fløyteedysen og diameteren er mindre enn 2,0, og er i høy grad avhengig av strålehastigheten. Et vanlig forhold er 0,6.

Den akustiske resonans i hulrommet i fløytedysen drives av virvler som kommer fra den oppstrøms åpning med Strouhal-startfrekvens. Denne frekvens må passe til resonansfrekvensen til en eller flere av de akustiske modier i hulrommet for at forbedring av blandingen skal skje i den resulterende stråle. Strouhal-virvlenes evne til å eksitere resonansmodiene til hulrommet avhenger av deres styrke, som igjen avhenger av hastigheten i startpunktet. Ettersom Strouhal-startfrekvensen også er avhengig av hastigheten, er det en minste strømnings-mengde pr. tidsenhet hvor resonans inntreffer. Trykkfallet over platen med åpning øker med kvadratet av hastigheten, og oppnåelsen av den minste strømningsmengde som trengs krever et høyt drivtrykk.

Blandedysen i henhold til oppfinnelsen skiller seg fra fløytedysen ved at den ikke er avhengig av noen forstyrrende kobling med noen av de akustiske modier til et kammer eller hulrom. Dessuten krever den ikke utsendelse av sterke virvler i kammeret fra innløpet, og den minste strømningsmengde som forbedring inntreffer ved bestemmes ikke av starten av noen resonans.

En dyse i henhold til oppfinnelsen antas å være godt egnet til bruk i de følgende anvendelser for forbrenning.

Gassformede brennstoffer.

(i) Omdannelse av oljefyrte ovner til forbrenning av naturgass. Naturgass har omtrent 1/3 av kaloriinnholdet til olje. For å opprettholde ytelsen til ovnen trengs det følgelig tre ganger så stor massestrøm av gass pr. tidsenhet som av olje. Uttrykt i volum er økningen omtrent 2000 ganger. Med konvensjonelle brennere medfører dette meget lange gassflammer, som kan brenne ut den bakre ende av ovnen, eller de kan bli ustabile på grunn av oscillerende flammefront, hvilket kan føre til slukning av flammen eller eksitasjon av en eller flere resonansfrekvenser. Begge disse følger fremtvinger enten en omregulering av ovnen eller en vesentlig reparasjon av fyringsenden til ovnen. Formen til flammen fra den nye brenner er forholdsvis kort og pæreformet eller kulelignende. (ii) Forbrenning av "avfallsgasser" med lavt kaloriinnhold, f.eks. fra kjemiske prosessanlegg eller masovner, eller fra produksjon av kjønrøk eller røkfritt brennstoff, bør være mulig. (iii) Det kan utføres korreksjon av ustabil drift av gassfyrte kjeler i industri eller i kraftstasjoner. Slik ustabilitet er meget vanlig. Mange gassfyrte kjeler i kraftstasjoner er beheftet med problemer. I henhold til den foreliggende oppfinnelse er det kommet frem til at ustabili-teten ikke er fullstendig iboende, men primært skyldes dårlig blanding, hvilket forverrer virkningen av liten spredning i blanding av gass og luft. (iv) Vannvarmere for boliger og industri. Det ligger en usikkerhet i at flammen slukner uten at dette avsløres, på grunn av svikt i systemet for flammeovervåkning. Med den foreliggende oppfinnelse minskes sannsynligheten for at flammen uventet slukner. (v) Brennere i industrielle gassturbiner. Det finnes mange anvendelser for gassturbiner i drivsysterner for båter, i industrielle prosessanlegg eller for å ta toppbelastninger i dampanlegg for strømproduksjon, og mange installasjoner finnes. Forbrenning av gass i gassturbinbrennere av lav kvalitet kan føre til alvorlige problemer. Den foreliggende oppfinnelse antas å minske disse problemer. (vi) En kilde med stor kvantitet for forgassing av kull. Slik gass kan benyttes i gassturbiner som benytter den foreliggende oppfinnelse eller som kjelebrennstoff. Utvikling av en ny generasjon kullforgassingsanlegg, f.eks. Uhde-Rheinbraun, Sumitomo, Westinghouse, etc, som produserer forholdsvis kalorifattig gass, vil få utvidede anvendelser. Slike anlegg etterfølges vanligvis av et trinn der gassen rekonstitueres for å bli en syntetisk naturgass (SNG). Dette er en kostbar prosess, og medfører det problem å forbrenne en kalorifattig gass med liten flammehastighet og variabel kvalitet stabilt. Å gjøre dette med konvensjonelle midler krever meget'store forbrenningskammere, kompliserte systemer for tenning og tennflamme, og mulighet til å tilsette gass med høy kvalitet i tidsrom når kullgasskvaliteten er lav. Flammestabiliteten kan økes i høy grad og forbrenningsrommet kan minskes i høy grad med den foreliggende oppfinnelse.

Flytende brennstoffer.

(i) Dysen i henhold til oppfinnelsen antas å forbedre ytelsen til oljefyrte anlegg, særlig dersom det benyttes forstøvning ved blåsing av luft. (ii) Dersom oppfinnelsen arbeider tilfredsstillende med flytende brennstoff, omfatter anvendelsene dem som er nevnt for gassformet brennstoff, og dessuten: - gassturbiner for luftfartøyer (særlig dersom flammens evne til å kunne antennes ved full brennstoffstrøm, slik som for gass, kan opprettholdes med et flytende brenn-

stoff).

- forbrenningssystemet i biler, særlig blåseluftsystemet utviklet og patentert av Orbital Engine Co.

Faste ( pulverformede) brennstoffer.

(i) Foreløpige undersøkelser med pulverformede brennstoffer har vist at kammeret inne i dysen er selvrensende og ikke vil tilstoppes med brennstoff. (ii) Evnen til en brenner med en dyse i henhold til oppfinnelsen til å arbeide med liten strømningsmengde pr. tidsenhet, og det faktum at den ikke er basert på noen resirkulasjonssone ved dyseutløpet, tyder på at tilfredsstillende forbrenning av pulverformet brennstoff kan være mulig. Slike utførelsesformer som den som er vist i fig. le, med det pulverformede brennstoff tilført via elementet 7, eller i fig. 2a, med det pulverformede brennstoff tilført med strøm 1, virker lovende. Dersom dette lykkes vil anvendelsesområdet til brenneren utvides til å omfatte fyrte kjeler av alle typer, fra kraftstasjoner til industrielle kjeler, omfattende slike som benyttes i metallindustrien. (iii) En mulig tilleggsfordel kan være at svovelholdig kull kan forbrennes ved å blande det pulverformede brennstoff med dolomitt. Grunnen til at dette er en mulighet er at det bør kunne oppnås en viss styring av forbrenningstemperaturen ved å opprette det passende forhold mellom den primære luftmengde og temperaturen, og blandingshastigheten med sekundærluften.

En dyse med forbedret blanding i henhold til oppfinnelsen kan, dersom den betraktes som en enkel dyse som bevirker en intens blanding i tillegg til de ovenfor nevnte forbrenningsanvendelser, tilpasses de følgende anvendelser uten forbrenning. a) Ejektorer, som benyttes enten for å bevirke en liten trykkstigning fra px til p2 (slik som i en damputskiller, for hvilken det er mange anvendelser i prosessindustrien dersom p2/Pi kunne økes for et gitt forbruk for dysen av høytrykks-damp) eller for å bevirke et minsket trykk px (f.eks. en laboratorievakuumstrålepumpe på en kran) eller for å bevirke en massestrøm gjennom systemet. En utførelse av dette er "støvsugeren" for svømmebasseng, men en annen og mere vesentlig utførelse er den raketthjulpne ramjet, i hvilken en liten rakett for fast, flytende eller gassformet brennstoff bevirker en høytrykksstråle med høy temperatur som inneholder omgivende luft og således bevirker en større massestrøm gjennom systemet enn det som kan inntreffe bare ved bevegelse forover. Et slikt system starter seg selv, ved at farkosten ikke behøver å oppnå noen minste hastighet før ramjetvirkningen kommer til virkning, d.v.s. at det ikke trengs noen sekundær drivenhet.

b) Utløpsdyser for jetmotorer i luftfartøyer. Masse-strømmen gjennom utløpsplanet til utløpsdysen bestemmer dysens

skyvekraft. Denne påvirkes ikke av spredningshastigheten til strålen (blandehastigheten) nedstrøms for utløpsplanet. Ved at det bevirkes høy blandehastighet kan støyen minskes betydelig.

c) Banelengden som trengs for at fly skal kunne lette og lande kan minskes ved å rette drivstrålen eller en hjelpe-stråle helt eller delvis nedover. Utførelsen av oppfinnelsen vist i fig. 7 utgjør en anordning med hvilken stråleretningen kan reguleres uten bruk av mekanisk betjente fliker, blader eller tapper som føres inn i eksosstrålen med høy temperatur. d) Den grad med hvilken et fly kan endre retning under flukt kan økes i høy grad ved å endre retningen til drivstrålen i forhold til flyet. Utførelsen av den foreliggende oppfinnelse vist i fig. 7 utgjør en anordning ved hvilken stråleretningen kan endres hurtig og uten noen vesentlig vektøkning. e) Løftekraften for et fly kan økes vesentlig ved å utforme flyet slik at drivstrålen kan rettes i en vinkel nær den øvre overflate av vingen. Utførelsen vist i fig. 7 utgjør en anordning for å oppnå en slik avbøyning av strålen. f) Svevende raketter har vært foreslått til bruk for utsendelse som narreprosjektiler. Slike raketter krever at den bærende strålen avbøyes hurtig fra en retning til en annen for å opprettholde stabilitet. Utførelsen vist i fig. 7 utgjør en anordning ved hvilken den primære strålen eller en eller flere sekundære stråler kan avbøyes på en slik måte. g) Romfartøyer må, i fravær av tyngekraft og aerodynamisk løftekraft og bremsekraft, være basert på reaksjons-krefter for opprettholdelse av posisjon og høyde. Dette oppnås f.eks. ved hjelp av små stråler som må være orientert slik at de er rettet i motsatt retning av den retning som fartøyet skal beveges i. Utførelsen vist i fig. 7, med retningsstyrt skyvekraft, utgjør en enkel og pålitelig anordning for oppnåelse av den ønskede reaksjonsretning. h) Treffsikkerheten og rekkevidden til granater som skytes ut med store kanoner kan økes ved å antenne en liten

rakettmotor på granatbunnen. Påliteligheten ved tenning er kritisk for en slik anvendelse, og den foreliggende oppfinnelse kan derfor benyttes.

i) Ekspressokaffemaskiner; dampstrålen kan skumme kaffen/fløten uten så stor mulighet for søling.

j) Basisk omdannelse av jern til stål ved oksygen-tilførsel. Det kan muliggjøres neddykking av oksygenlansen (f.eks. dersom den er laget av keramisk materiale), i stedet for å måtte basere seg på gjennomtrengning av smelteoverflaten ved hjelp av en oksygenstråle med meget høy hastighet, og dette kan medføre et minsket forbruk av oksygen.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for blanding av et første og annet fluid, idet det første fluid ledes inn i et kammer (6) gjennom et innløp (1), som en strøm som hovedsakelig ikke berører kammerveggen (5) nær innløpet, karakteriser ved at fluidet strømmer usymmetrisk til kontakt med kammerveggen oppstrøms for et utløp (4) fra kammeret anordnet hovedsakelig motsatt av innløpet, og strømmer ut av kammeret usymmetrisk gjennom utløpet, idet en motsatt strøm av det første fluid ved stedet for kontakt med kammerveggen og en strøm av det annet fluid tilført utenfra gjennom utløpet bringes til å virvle i kammeret (6) mellom innløpet (1) og stedet for kontakt, og derved bevirker presesjon av strømmen av det første fluid, hvilken presesjon forbedrer blanding av denne strøm med det annet fluid ved strømning til utsiden av kammeret, idet strømmen utsettes for en hindring (3a) ved utløpet for å bevirke eller forøke en tverrgående hastighetskomponent i strømmen som er i presesjon.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at strømmen divergerer når den strømmer ut av kammeret (6) gjennom utløpet (4). ■

3. Fluidblandeanordning som omfatter et kammer (6) som har et fluidinnløp (1) og et fluidutløp (4) anordnet motsatt av innløpet, idet kammeret har større tverrsnitt enn innløpet, i det minste i en del av rommet mellom innløpet og utløpet, idet kammeret er sylindrisk, med innløpet og utløpet beliggende sentrert om en midtre akse, slik at en strøm av et første fluid som fullstendig fyller innløpet strømmer inn i kammeret adskilt fra kammerveggen (5), karakterisert ved at forholdet mellom avstanden mellom innløpet (1) og utløpet (4) og diameteren til kammeret (6) ved et sted i kammeret (6) der en usymmetrisk strøm av fluidet kommer i kontakt med kammerveggen (5) er større enn 1,8, for å bevirke at strømmen strømmer usymmetrisk ut av kammeret gjennom .utløpet, idet fluid tilført fra utsiden av kammeret (6) gjennom utløpet (4) virvler i kammeret mellom stedet for kontakt med kammerveggen (5) og utløpet og derved bevirker en presesjon for det første fluid, hvilken presesjon forbedrer blandingen av strømmen med det annet fluid til utsiden av kammeret, idet en rundtgående innsnevring (3a) er anordnet ved utløpet (4), for å bevirke eller forøke en tverrgående hastighetskomponent i den utgående strømmen.

4. Fluidblandeanordning som angitt i krav 3, karakteriser ved at forholdet er omtrent 2,7.

5. Fluidblandeanordning som angitt i krav 3 eller 4, karakterisert ved at kammeret (6), innløpet (1) og utløpet (4) er aksesymmetriske.

6. Fluidblandeanordning som angitt i krav 3, 4 eller 5, karakterisert ved at utløpet (4) har større tverrsnitt enn innløpet (1).

7. Fluidblandeanordning som angitt i hvilket som helst av kravene 3-6, karakterisert ved at innløpet (1) er en enkelt, uoppdelt åpning som ikke deler opp det første fluid når det kommer inn i kammeret (6).

8. Fluidblandeanordning i henhold til hvilket som helst av kravene 3 - 7, karakterisert ved at den omfatter midler for å minske avbrudd i blandingen, i form av et element (7) som er anordnet inne i kammeret (6) eller like utenfor utløpet (4).

9. Fluidblandeanordning som angitt i hvilket som helst av kravene 3-8, karakterisert ved at innløpet (1) omfatter en innløpstrakt som divergerer innover i kammeret (6).

10. Anvendelse av en fluidblandeanordning i henhold til hvilket som helst av kravene 3-9 som forbrenningsdyse i en brenneranordning.