[发明专利]一种高温燃气流风洞气流余热利用系统

说明书

技术领域

本发明涉及高温燃气流风洞气流余热利用领域，具体涉及一种高温燃气流风洞气流余热利用系统。

背景技术

高温燃气流风洞是以燃烧后的气体为工作介质的高速风洞，是高超声速飞行器动力系统研制必备的试验设备。上世纪60、70年代，为了满足高超声速飞行器动力系统结构热考核试验的需要，人们开始建造高温燃气流风洞，自此以后，随着研究的需要，风洞设备的规模越来越大。以风洞喷管的出口尺寸计，目前该类风洞已达的2000mm量级。

高温燃气流风洞的工作介质温度通常在1000K到2000K之间，远高于常规高超声速风洞。在马赫数相同条件下，该类风洞所需的加热功率是常规高超声速风洞的3至4倍。随着风洞尺寸的增加，风洞运行所耗费的能源剧增。

如何在满足高超声速飞行器试验对风洞尺寸要求的条件下，节省风洞运行时的能量消耗，已成为该类风洞设计技术发展必须考虑的重要问题。

目前，国内外的高温燃气流风洞设计中均未考虑气流余热的利用。高温燃气流风洞的能量运行原理如图1所示。氧气或富氧空气作为氧化剂，与燃料(酒精、煤油或丙烷等)在燃烧器内混合，点燃后发生剧烈燃烧，释放大量热量，使反应后的气体成为高温气体；高温燃气流风洞利用燃烧器内连续产生的高温燃后气体形成的气流，对放置在风洞本体内的试验件进行热结构试验，试验后剩余的气流热量约为总热量的80％以上；通常，为防止气流的这些热量排出到大气中引发危险，在气流经过风洞的喷水冷却段时，被喷入的大量的冷却水消耗掉。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种高温燃气流风洞气流余热利用系统，其对高温燃气流风洞气流余热利用设备的改动最小，不影响原设备的性能；实现了高温燃气流风洞气流余热的回收利用；减少了原设备的喷水冷却段的规模，节省了冷却水用量，降低了建设和运行成本。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高温燃气流风洞气流余热利用系统，所述余热利用系统包括余热存储系统、循环换热系统、测量控制系统以及风洞换热器；所述风洞换热器设置在风洞本体后、喷水冷却器前的管路上；所述余热存储系统包括换热器以及与所述换热器连接的存储容器和介质；所述循环换热系统包括动力系统、传输介质、阀门和管路；所述换热器和所述动力系统通过所述管路连接，形成所述循环换热系统的气流通道，将此通道的两端分别通过所述阀门与风洞换热器的相连；所述测量控制系统包括主机、可编程控制器、测控软件、显示器、控制柜、传感器以及连接线路，用于状态监测、状态转换的控制、安全控制以及状态数据的测量、处理。

进一步，所述循环换热系统的气流通道和风洞换热器的接口处均采用管道和法兰连接。

进一步，在所述循环换热系统运行前，两个所述阀门关闭，气流通道充入所述传输介质。

本发明具有以下有益技术效果：

本申请对高温燃气流风洞气流余热利用设备的改动最小，不影响原设备的性能；实现了高温燃气流风洞气流余热的回收利用；减少了原设备的喷水冷却段的规模，节省了冷却水用量，降低了建设和运行成本。

附图说明

图1为现有技术中高温燃气流风洞的能量运行原理图；

图2为本发明中高温燃气流风洞气流余热利用系统的结构示意图。

具体实施方式

下面，参考附图，对本发明进行更全面的说明，附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。而是，提供这些实施例，从而使本发明全面和完整，并将本发明的范围完全地传达给本领域的普通技术人员。

由于大型高温燃气流风洞是一种复杂的多系统紧密配合的综合设备，参数多且指标高，建设和运行费用高。一般情况下，风洞建成后，经过运行调试，性能确定以后，不允许进行与性能无关的改动。因此，余热利用要保证对于风洞设备的性能影响最小。

在分析、总结现有余热利用技术的基础上，本专利结合高温燃气流风洞运行时的特点，提出了一种对高温燃气流风洞气流余热利用的新系统。