EP1118831B1

EP1118831B1 - Finned heat transfer wall

Info

Publication number: EP1118831B1
Application number: EP00810953A
Authority: EP
Inventors: Sacha Dr. Parneix; Jens Dr. Von Wolfersdorf; Bernhard Prof. Dr. Weigand
Original assignee: Alstom Schweiz AG
Current assignee: GE Vernova GmbH
Priority date: 1999-12-28
Filing date: 2000-10-16
Publication date: 2003-09-24
Anticipated expiration: 2020-10-16
Also published as: US6666262B1; DE19963373A1; EP1118831A3; DE50003825D1; EP1118831A2

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Kühlung einer. Strömungskanalwand eines Strömungskanals gëmäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Vorrichtung ist aus der Schritt FR- 1.300.121 bekannt.The invention relates to a device for cooling a. Flow channel wall of a flow channel According to the preamble of claim 1. Such a device is of the step FR-1.300.121 known.

Stand der TechnikState of the art

Die Leistungssteigerung von Gasturbinenanlagen und der Wunsch nach höheren Wirkungsgraden ist eng verknüpft mit der Forderung nach höheren Prozesstemperaturen, die sich durch die Verbrennung eines Brennstoff- Luftgemisch innerhalb der Brennkammer einstellen. Der Wunsch nach höheren Prozesstemperaturen, dem man mit heutigen Verbrennungstechniken durchaus gerecht werden kann, stößt jedoch seinerseits an Materialgrenzen aufgrund der nur thermisch begrenzt belastbaren Anlagenkomponenten, die den durch die Verbrennung innerhalb der Brennkammer entstehenden Heißgasen unmittelbar ausgesetzt sind. Um einerseits die Prozesstemperaturen zu erhöhen und somit den thermodynamischen Wirkungsgrad einer Gasturbinenanlage zu steigern, aber trotzdem unterhalb des thermischen Schmelzpunktniveaus der jeweiligen Materialien zu liegen, aus denen die einzelnen Gasturbinenanlagenkomponenten, wie beispielsweise Turbinenschaufelblätter, Brennkammerwände, etc., gefertigt sind, werden in an sich bekannter Weise jene thermisch stark belasteten Anlagenkomponenten mittels unterschiedlich ausgebildeter Kühlkanalsysteme gekühlt. Typischerweise werden im Inneren von Turbinenschaufeln oder entlang der Brennkammerwände Kühlkanäle vorgesehen, durch die, verglichen mit der Temperatur der Heissgase relativ kalte Luft eingespeist wird. Beispielsweise werden durch die, der Verdichterstufen nachgeschalteten Kühlkanalsysteme ein Teil der komprimierten Luft aus dem Luftverdichter abgeleitet und in die Kühlkanäle eingespeist.The increase in performance of gas turbine plants and the desire for higher Efficiencies are closely linked to the demand for higher process temperatures, characterized by the combustion of a fuel-air mixture within the Set combustion chamber. The desire for higher process temperatures, the However, it is possible to do justice to today's combustion techniques in turn to material limits due to the only limited thermal load Plant components caused by combustion within the combustion chamber arising hot gases are exposed directly. On the one hand, the process temperatures to increase and thus the thermodynamic efficiency of a Gas turbine plant to increase, but still below the thermal Melting point levels of the respective materials from which the individual Gas turbine plant components, such as turbine blade blades, Combustor walls, etc., are made, in a conventional manner those thermally heavily loaded system components by means of differently trained Cooling duct systems cooled. Typically, inside of turbine blades or provided along the combustion chamber walls cooling channels through which, relatively cold air is fed in compared with the temperature of the hot gases. For example are the downstream of the compressor stages cooling duct systems a part of the compressed air is derived from the air compressor and into the Cooling channels fed.

Um den Kühleffekt innerhalb der Kühlkanäle zu verbessern, ist es überdies bekannt, an den Kühlkanalinnenwandseiten, über die Innenwand erhabene Rippenzüge anzubringen, durch die der Wärmeaustausch zwischen der warmen Kühlkanalwand und dem Kühlluftstrom entscheidend verbessert werden kann. Die dem Vorsehen von Kühlrippen zugrunde liegende Idee besteht in der Ausbildung Kühlkanalwand naher Wirbel, durch die der Kühlluftmassenstrom, der mit der Kühlkanalinnenwand in thermischen Kontakt tritt, entscheidend erhöht werden kann. So bilden sich innerhalb des Kühlluftstromes, der axial durch den Kühlkanal gerichtet ist, sogenannte Sekundärwirbel aus, die Wirbelströmungskomponenten aufweisen, die senkrecht zu den Kühlkanalwänden gerichtet sind. Die Ausbildung derartiger Sekundärwirbel ist in Figur 2 illustriert, in der ein perspektivischer Querschnitt durch einen an sich bekannten Kühlkanal 1 gezeigt ist. Der im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 dargestellte Kühlkanal 1 weist einen quadratischen Querschnitt auf und ist deshalb von vier gleich langen Kühlkanalwänden umgeben. Zwei sich gegenüberliegende Kühlkanalwände 2, 3 sind dabei mit jeweils in Kühlkanallängsrichtung hintereinander angeordneten Rippenzügen 4 versehen. Die als geradlinig ausgebildete und einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisende Rippenzüge 4 verlaufen vorzugsweise schräg zur Längserstreckung des Kühlkanals 1 und schließen mit der Kühlkanallängsachse A einen Winkel α von etwa 45° ein. Tritt nun der Kühlluftstrom axial durch den Kühlkanal 1 hindurch, so bildet sich durch die Rippenzüge 4 im Strömungsquerschnitt des Kühlmittelstromes ein Strömungsprofil aus, das zwei Sekundärwirbel 5, 6 vorsieht. Die Sekundärwirbel 5, 6 führen ihrerseits zu einer turbulenten Durchmischung der Grenzschicht unmittelbar über der Kühlkanalinnenwand, wodurch ein verbesserter Kühlluftaustausch an der Kühlkanalinnenwand stattfindet und sich ein größerer Wärmefluss von der heißen Kühlkanalinnenwand auf den Kühlluftstrom ergibt. Basierend auf dieser Erkenntnis wurden viele Studien angestellt, die sich mit dem Einfluss der Änderung von, die Rippenzüge bestimmende Parameter auf die Wärmeübergangseffizienz beziehen, wie Änderungen von Rippenzughöhe, Rippenzugabstand, Rippenausrichtung relativ zur Kühlkanallängsachse, Reynolds- und Prandlzahl, Kühlkanalaspektverhältnis, etc.. Diesbezügliche Untersuchungen beschränkten sich jedoch lediglich auf geradlinig verlaufende Rippenzüge.In addition, in order to improve the cooling effect inside the cooling channels, it is known on the inner side of the cooling duct, to mount raised ribs over the inner wall, through which the heat exchange between the warm cooling duct wall and the cooling air flow can be significantly improved. The provision of Cooling fins underlying idea consists in the formation of cooling duct wall nearer Vortex, through which the cooling air mass flow, with the cooling channel inner wall in thermal Contact occurs, can be decisively increased. So form within the Cooling air flow, which is directed axially through the cooling channel, called secondary vortex from having vortex flow components perpendicular to the cooling channel walls are directed. The formation of such secondary vortices is shown in FIG. 2 illustrated, in which a perspective cross section through a known per se Cooling channel 1 is shown. The illustrated in the embodiment of FIG 2 Cooling channel 1 has a square cross-section and is therefore of four Surrounded the same length cooling duct walls. Two opposite cooling channel walls 2, 3 are arranged in each case in the cooling channel longitudinal direction one behind the other Ribs 4 provided. The trained as straight and a rectangular Cross-section ribs 4 preferably extend obliquely to Longitudinal extent of the cooling channel 1 and close with the cooling channel longitudinal axis A. an angle α of about 45 °. Now passes the cooling air flow axially through the cooling channel 1 through, it is formed by the Rippenzüge 4 in the flow cross-section of the Coolant flow from a flow profile, which provides two secondary vortices 5, 6. The secondary vortices 5, 6 in turn lead to a turbulent mixing of Boundary layer immediately above the cooling channel inner wall, creating an improved Cooling air exchange takes place at the cooling channel inner wall and a larger Heat flow from the hot cooling channel inner wall results in the cooling air flow. Based On this realization, many studies were made that deal with the influence changing the parameters determining the ribs to the heat transfer efficiency such as changes in rib height, rib spacing, Rib orientation relative to the cooling channel longitudinal axis, Reynolds and Prandl number, cooling channel aspect ratio, etc .. However, related investigations were limited only on rectilinear ribbed trains.

Aus der Schritt JP- 09 72683 ist es bekannt, den Wärmeübergang einer Rohrleitung dadurch zu erhöhen dass in der Innenseite eine Kontinuierliche Spirale angeordnet ist.From the JP-09 72683 step, it is known that the Heat transfer of a pipeline thereby increase that in the Inside a continuous spiral is arranged.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Der Erfindung nach Auspruch 1 liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Kühlung einer, einen Strömungskanal umgebenden Strömungskanalwand mit wenigstens einem, in ein durch den Strömungskanal hindurchtretendes Strömungsmedium Strömungswirbel induzierenden Rippenzug, der an der, dem Strömungskanal zugewandten Seite der Strömungskanalwand angebracht ist und eine Hauptlängserstreckung aufweist, die in einem Winkel α≠0° zur Strömungsrichtung des durch den Strömungskanal hindurchtretenden Strömungsmediums orientiert ist, derart weiterzubilden, dass die Kühlwirkung der Vorrichtung erheblich gesteigert werden soll, ohnê dabei den fertigungstechnischen Aufwand verglichen mit konventionellen Maßnahmen entscheidend zu erhöhen. Durch die Verbesserungen soll es möglich sein, die Kühlleistung der durch einen Strömungskanal hindurchtretenden Kühlluftstrom zu verbessern, so dass eine weitere Leistungszunahme durch erhöhte Prozesstemperaturen innerhalb der Gasturbinenanlage möglich wird.The invention according to claim 1 is based on the object, a device for cooling a, a Flow channel surrounding flow channel wall with at least one, in a through the flow channel passing fluid flow vortex inducing Rippenzug, at the, the flow channel side facing the Flow channel wall is attached and has a main longitudinal extent, in an angle α ≠ 0 ° to the flow direction of passing through the flow channel Flow medium is oriented to develop such that the cooling effect the device should be significantly increased, without doing the production technology Effort compared to conventional measures decisively too increase. Due to the improvements, it should be possible to reduce the cooling capacity of to improve a flow channel passing cooling air flow, so that a Further power increase due to increased process temperatures within the gas turbine plant becomes possible.

Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Die der Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildenden Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der Beschreibung und den Ausführungsbeispielen zu entnehmen.The solution of the problem underlying the invention is specified in claim 1. The features of the invention advantageously further developing features are the subject the dependent claims and the description and the embodiments refer to.

Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weitergebildet, dass die Rippenzüge entlang der Hauptlängserstreckung wenigstens teilweise Rippenzugabschnitte aufweisen, deren Rippenzugabschnittsachsen mit der Hauptlängserstreckung einen Winkel β≠0° einschließt. According to the invention, a device according to the preamble of claim 1 further developed such that the ribs along the main longitudinal extension at least partially Rippenzugabschnitte have their Rippenzugabschnittsachsen with the main longitudinal extent includes an angle β ≠ 0 °.

Die Erfindung knüpft an der bekannten Erkenntnis an, dass vorzugsweise schräg zur Hauptströmung innerhalb eines Kühlkanals verlaufende Rippenzüge die schematisch in Figur 2 dargestellten Sekundärwirbel generieren, durch die kühle Luft aus dem Zentrum des Kühlkanals an die heißen Kühlkanalinnenwände transportiert wird, um diese effektiv zu kühlen. Im Unterschied zu den bislang geradlinig verlaufenden Rippenelementen sieht die Erfindung vor, die Rippenelemente derart gekrümmt um ihre Rippenlängsachse auszubilden, so dass sie beispielsweise eine Schlangenlinienform annehmen, die in vielfacher Weise ausgeführt sein kann. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform besteht in der sinusförmigen Ausbildung der Rippenelemente, wobei die Hauptausrichtung des Rippenelementes relativ zur Hauptströmung wie bei den bekannten geradlinig ausgebildeten Rippenelementen, vorzugsweise 45° relativ zur Hauptströmungsrichtung, erhalten bleibt.The invention is based on the known knowledge that preferably obliquely to Main flow within a cooling channel extending Rippenzüge the schematically Generate secondary vortex shown in Figure 2, through the cool air from the Center of the cooling channel is transported to the hot cooling channel inner walls to to cool them effectively. In contrast to the previously linear running rib elements provides the invention, the rib elements curved so around their Form rib longitudinal axis, so that, for example, a serpentine shape assume that can be carried out in many ways. A particularly preferred Embodiment consists in the sinusoidal design of the rib elements, wherein the main orientation of the rib element relative to the main flow as in the known rectilinear rib elements, preferably 45 ° relative to the main flow direction, is maintained.

Auch eignen sich eine Vielzahl unmittelbar aneinandergereihter Halbkreisabschnitte für die Bildung erfindungsgemäß ausgebildeter Rippenzuggeometrien. Für weitere, mögliche Rippenzugausbildungen wird auf die Ausführungsbeispiele und auf die Figuren verwiesen.Also suitable are a plurality of directly juxtaposed semicircular sections for the formation of rib drawing geometries designed according to the invention. For further, possible Rippenzugausbildungen is on the embodiments and referred to the figures.

Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung der Rippenzüge sind insbesondere zwei Vorteile verbunden, nämlich eine weitgehend unveränderte Ausbildung von Sekundärwirbeln, die zu einer aktiven Durchmischung der Grenzschicht nahe der Kühlkanalinnenwandoberfläche führt. Ferner wird durch die entlang der Rippenzüge vorgesehenen gekrümmten Abschnitte eine größere Oberfläche der Rippenzüge geschaffen, wodurch die Wärmeübergangsoberfläche ansteigt. Unter der Voraussetzung, dass durch die geometrische Modifikation der Rippenzüge der Wärmeübergangskoeffizient verglichen mit den konventionell, geradlinig ausgebildeten Rippenelementen weitgehend unverändert bleibt, wovon man ausgehen kann, so steigt mit der erhöhten Wärmeübergangsoberfläche merklich der Wärmeaustausch zwischen den heißen Kühlkanalinnenwänden und der durch den Kühlkanal hindurchströmenden Kühlluft an. With the formation of the rib trains according to the invention are in particular two Advantages, namely a largely unchanged formation of secondary vortices, which results in active mixing of the boundary layer near the cooling channel inner wall surface leads. It is further provided by the along the Rippenzüge curved sections created a larger surface of the ribs, whereby the heat transfer surface increases. Provided, that due to the geometric modification of the ribs, the heat transfer coefficient compared to the conventional straight-line rib elements remains largely unchanged, from what one can assume, so increases with the increased heat transfer surface noticeably the heat exchange between the hot cooling channel inner walls and passing through the cooling channel Cooling air on.

Kurze Beschreibung der ErfindungBrief description of the invention

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschriben. Es zeigen:

Fig. 1: schematisierte Draufsicht auf eine Kühlkanalinnenwand mit erfindungsgemäß ausgebildeten Rippenzügen,
Fig. 2: perspektivische Querschnittsdarstellung durch einen Kühlkanal mit Strömungsprofil (Stand der Technik),
Fig. 3a -d: unterschiedliche Ausführungsformen von erfindungsgemässen Rippenzügen,
Fig. 4a, b: perspektivische Querschnittsdarstellungen durch Kühlkanäle mit erfindungsgemäß ausgebildeten Rippenzügen sowie
Fig. 5a -e: schematisierte Darstellungen zum Verlauf weiterer Rippenzüge.

The invention will be described by way of example below without limiting the general inventive idea by means of exemplary embodiments with reference to the drawing. Show it:

Fig. 1: schematized plan view of a cooling channel inner wall with inventively designed ribbed,
Fig. 2: perspective cross-sectional view through a cooling channel with flow profile (prior art),
Fig. 3a-d: different embodiments of inventive ribbed trains,
Fig. 4a, b: perspective cross-sectional views through cooling channels with inventively designed Rippenzügen and
Fig. 5a-e: schematized representations to the course of further Rippenzüge.

Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche VerwendbarkeitWays to carry out the invention, industrial usability

In Figur 1 ist in stark schematisierter Weise die Draufsicht auf eine Kühlkanalinnenwand 3 dargestellt, an deren dem Kühlkanal zugewandten Seiten geschwungen ausgebildete Rippenzüge 4 vorgesehen sind. Die Rippenzüge 4 sind ebenso wie im bekannten Fall gemäß der Figur 2 schräg zur Hauptströmungsrichtung 7 ausgerichtet und schließen mit dieser vorzugsweise einen Winkel von α = 45° ein. Relativ zu ihrer Rippenzuglängsachse 8 sind die Rippenzüge 4 im dargestellten Fall geschwungen ausgebildet, beispielsweise in Art eines sinusförmigen Wellenzuges.In Figure 1 is a highly schematic way the top view of a cooling channel inner wall 3, formed at the cooling channel facing sides curved Rib trains 4 are provided. The ribs 4 are as well as in the known Case aligned according to the figure 2 at an angle to the main flow direction 7 and preferably include an angle of α = 45 ° with this. Relative to her Rippenzuglängsachse 8, the ribs 4 in the illustrated case are curved formed, for example in the manner of a sinusoidal wave train.

Durch den welligen Verlauf jedes einzelnen Rippenzuges 4 wird automatisch die Oberfläche jedes einzelnen Rippenzuges 4 vergrößert, über die ein Wärmeaustausch von der heißen Strömungskanalwand 3 zur Kühlluft stattfinden kann. Unter Bezugnahme auf die Figuren 3 a - d wird gezeigt, welchen Einfluss die Form der einzelnen Rippenzüge auf den gesamte Wärmeaustausch innerhalb des jeweiligen Kühlkanals hat. Im folgenden wird davon ausgegangen, dass die Rippenzüge 4 in einer 45° Geometrie relativ zur Hauptrömungsrichtung 7 ausgerichtet sind. Die Rippenzüge selbst weisen eine Rippenhöhe von etwa 10% der Kühlkanalhöhe auf, was dem hydraulischen Durchmesser des Kühlkanals entspricht. Ebenso beträgt das Verhältnis zwischen Abstand zweier benachbarten Rippenzüge zu ihrer Höhe 10. Die folgenden in den Figuren 3 a - d dargestellten, unterschiedlichen Rippenzugverläufen sollen nun in ihren Wärmeübergangseigenschaften miteinander verglichen werden. In Figur 3a ist der konventionelle Rippenzugverlauf dargestellt, der vielfach in bekannter Weise in Kühlkanälen zu Einsatz kommt. Figur 3b zeigt sinusförmig ausgebildete Rippenzüge, Figur 3c stellt Rippenzüge dar, die aus Halbkreissegmenten zusammengesetzt sind und Figur 3d zeigt Rippenzüge, die aus Halbkreissegmeten zusammengesetzt sind, welche durch gradlinige Rippenzugabschnitte verbunden sind. Alle in den Figuren 3a - d dargestellten Rippenzüge weisen ansonsten gleiche Rippenhöhen auf und sind jeweils an zwei sich gegenüberliegenden Kühlkanalwänden vorgesehen, über die Kühlluft strömt.Due to the wavy course of each individual Rippenzuges 4 is automatically the surface each individual Rippenzuges 4 increases over the heat exchange of the hot flow channel wall 3 can take place to the cooling air. With reference to FIGS. 3 a - d show the influence of the shape of the individual ribs on the entire heat exchange within the respective cooling channel. in the following it is assumed that the rib trains 4 in a 45 ° geometry are aligned relative to the main flow direction 7. The rib trains themselves point a rib height of about 10% of the cooling channel height, which is the hydraulic Diameter of the cooling channel corresponds. Likewise, the ratio is between Distance between two adjacent ribs to their height 10. The following in the Figures 3 a - d shown, different Rippenzugverläufen should now in Their heat transfer properties are compared. In Figure 3a the conventional Rippenzugverlauf shown, the many in a known manner in Cooling channels is used. FIG. 3b shows sinusoidal ribs, FIG. 3c illustrates ribbed trains composed of semicircular segments and FIG. 3d shows ribbed trains composed of semicircular segments connected by straight ribbed sections. All in the figures 3a-d ribs shown otherwise have the same rib heights and are each provided on two opposite cooling channel walls, via the cooling air flows.

In der zu den Figuren 3a - d zugehörigen Tabelle T sind Rechnungsergebnisse dargestellt, die den Zusammenhang zwischen unterschiedlichen ausgebildeten Rippenzuggeometrien und dem im Inneren des Kühlkanals stattfindenden Wärmeübergang darstellen sollen. So stellt die Spalte a den Faktor der Zunahme an Rippenoberfläche im Vergleich zu einer geradlinig verlaufenden Rippe gemäß Figur 3a dar. Die mittlere Spalte b enthält den prozentualen Faktor bezüglich der Oberflächenzunahme bezogen auf den gesamten Kühlkanal und aus der rechten Spalte c ist die prozentuale Zunahme am Wärmeübergang gezeigten verglichen mit den in Figur 3a Rippenzügen dargestellt. Die einzelnen Tabellenzeilen sind den Ausführungsbeispielen der Figuren 3 b, c und d zugeordnet.In the table T belonging to FIGS. 3a-d, invoice results are shown, the relationship between different trained Rippenzuggeometrien and the heat transfer taking place inside the cooling channel should represent. Thus, the column a represents the factor of the increase in rib surface in comparison to a rectilinear rib according to Figure 3a. The middle Column b contains the percentage factor related to the surface area increase on the entire cooling channel and from the right column c is the percentage Increase in heat transfer shown compared to that in Figure 3a Ribs shown. The individual table lines are the embodiments of Figures 3 b, c and d assigned.

Es zeigt sich, dass der Wärmeübergang entscheidend positiv beeinflusst werden kann, indem die Oberfläche der Rippenelemente vergrößert wird. So ist im Falle der Rippenelemente gemäß der Ausbildung in Figur 3d zu sehen, dass eine Wärmeübergangszunahme von 21,4% zu verzeichnen ist, verglichen zu den geradlinig ausgebildeten Rippenelementen gemäß Figur 3a. Grundsätzlich lassen sich beliebig weitere Rippengeometrien ausgestalten, die über eine ihre Oberfläche vergrößernde Kontur verfügen. It turns out that the heat transfer is decisively positively influenced can be increased by the surface of the rib elements. So in the case of Rib members according to the embodiment in Figure 3d to see that a heat transfer increase 21.4%, compared to the straightforward ones Rib elements according to Figure 3a. Basically, you can do anything form further rib geometries that extend beyond their surface Contour.

In den Figuren 4a und 4b sind perspektivische Querschnittsdarstellungen durch einen quadratisch ausgebildeten Kühlkanal dargestellt, gleichsam der Darstellung gemäß Figur 2, jedoch sind in den Figuren 4a, b die Rippenzüge 4 erfindungsgemäß gekrümmt ausgeführt. So verlaufen die Rippenzüge 4 im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4a sinusförmig, wohingegen die Rippenzüge gemäß 4b aus einer Aneinanderreihung von Halbkreisabschnitten bestehen, die jeweils über geradlinig verlaufende Rippenzugabschnitte miteinander verbunden sind.In the figures 4a and 4b are perspective cross-sectional views through a square formed cooling channel, as it were according to the representation FIG. 2, however, in FIGS. 4 a, b the ribs 4 are in accordance with the invention curved executed. Thus, the ribs 4 in the embodiment according to FIG. 4a is sinusoidal, whereas the ribs according to FIG. 4b consist of a series consist of semicircular sections, each with rectilinear Rippenzugabschnitte are interconnected.

In Gegenüberstellung der beiden Rippenformen gemäß Figur 4a und b ist festzustellen, dass im Falle der sinusförmig ausgebildeten Rippen (Figur 4a) Sekundärwirbei 5, 6 gebildet werden, die nahezu die gleiche Wirbelstärke aufweisen, wie es beispielsweise im Kühlkanal gemäß Figur 2 der Fall ist. Es zeigt sich jedoch, dass die Stärke der Ausbildung von Sekundärwirbeln innerhalb eines Kühlkanals bei Rippenzügen abnimmt, deren Welligkeit und somit deren Rippenoberfläche größer wird. Aus dem Querschnittsprofil gemäß Figur 4b kann entnommen werden, dass die Sekundärwirbelstärke schwächer ausgebildet ist, als im Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 4a, doch sind auch in Figur 4b Sekundärwirbel (siehe Pfeil) vorhanden, die einen erhöhten Wärmeübergang zwischen dem Kühlmedium Luft und den heißen Kammerwänden zur Folge haben.In contrast to the two rib forms according to FIGS. 4a and b, it can be stated that that in the case of the sinusoidal ribs (Figure 4a) secondary Wirew 5, 6 are formed, which have almost the same vorticity, as for example in the cooling channel according to Figure 2 is the case. It turns out, however, that the Strength of the formation of secondary vortices within a cooling channel in Rippenzügen decreases, the waviness and thus the rib surface is larger. Out the cross-sectional profile of Figure 4b can be seen that the secondary vortex strength is formed weaker than in the embodiment of Figure 4a, but are Also in Figure 4b secondary vortex (see arrow) available, the increased heat transfer between the cooling medium air and the hot chamber walls to Episode.

Neben den dargestellten Rippenzuggeometrien sind auch beliebig weitere Rippenzuggeometrien relativ zu ihrer Rippenlängsachse denkbar, wie es aus den Figuren 5a - e zu entnehmen ist. In den einzelnen Darstellungen ist der Verlauf der Rippenzuglängsachse strichliert eingezeichnet. Die durchgezogene Linie stellt schematisiert den Verlauf des Rippenzuges dar. Neben den geschwungen ausgebildeten Rippenzügen der Figuren 3b - d sind gemäß den Figuren 5a, b und c auch kantig bzw. eckige Rippenzuggeometrien denkbar, die einen ähnlichen, den Wärmeübergang verbessernden Effekt zur Folge haben. Die Figuren 5d und e zeigen hingegen geschwungen bzw. gebogen verlaufende Rippenzüge relativ zu ihrer gestrichelt eingezeichneten Rippenzuglängsachse. In addition to the illustrated ribbing geometries, there are also arbitrary other ribbed geometries conceivable relative to their rib longitudinal axis, as is apparent from the figures 5a - e can be seen. In the individual representations is the course of the Rippenzuglängsachse drawn in dashed lines. The solid line represents schematically the course of the Rippenzuges dar. Next to the curved trained Rippenzügen FIGS. 3b-d are also angular or angular according to FIGS. 5a, b and c Rippenzuggeometrien conceivable that a similar, the heat transfer improving Effect result. The figures 5d and e, however, show curved or curved ribbed lines drawn relative to their dashed lines Rippenzuglängsachse.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Kühlkanalcooling channel
2, 32, 3: Kühlkanalwand, StrömungskanalwandCooling channel wall, flow channel wall
44: RippenzugRippenzug
5, 65, 6: Sekundärwirbelsecondary vortex
77: Strömungsrichtungflow direction
88th: RippenzuglängsachseRippenzuglängsachse

Claims

Arrangement for cooling a flow-passage wall (2, 3) of a flow passage (1),

the flow passage (1) being defined by four flow-passage walls (2, 3) and having a rectangular cross section,

rib features (4) being provided on two opposite flow-passage walls (2, 3), in each case a multiplicity of these rib features (4) being arranged one behind the other in the direction of flow and at a distance from one another,

it being possible for a secondary vortex to be induced by the rib features (4) in the flow medium passing through the flow passage (1),

a main longitudinal extent (8) which is oriented at an angle of α≠0° to the direction of flow of the flow medium passing through the flow passage (1),

characterized in that

the rib features (4), along the main longitudinal extent (8), at least partly have rib-feature sections whose axes enclose an angle of β≠0° with the main longitudinal extent (8).
Arrangement according to Claim 1, characterized in that the rib-feature sections are of sinusoidal design.
Arrangement according to Claim 1, characterized in that the rib-feature sections are composed of semicircular segments lined up next to each other.
Arrangement according to Claim 1, characterized in that the rib-feature sections are composed of semicircular segments which are each connected to one another via rectilinear rib connecting pieces.
Arrangement according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the flow passage (1) has a square cross section of flow.
Arrangement according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the rib features (4) run over an entire flow-passage wall (2, 3), which is defined on either side by two flow-passage wall sides.
Arrangement according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the entire rib features (4) consist of rib-feature sections which have axes which enclose an angle of β≠0° with the main longitudinal extent.
Arrangement according to one of Claims 1 to 7, characterized in that the rib features (4) have a main longitudinal extent (8) which is oriented at an angle α of 45°.
Arrangement according to one of Claims 1 to 8, characterized in that the rib features (4) have a rib height which corresponds approximately to 10 % of the length of a flow-passage wall side.