[发明专利]一种可应用多种冷却介质和模拟不同重力加速度环境的喷雾冷却试验台

说明书

一种可应用多种冷却介质和模拟不同重力加速度环境的喷雾冷却试验台，属于高效换热特性试验研究领域。本发明主要为了解决喷雾冷却技术研究领域缺乏可研究重力加速度环境对传热特性影响的试验台的问题。主要包括：空冷换热器(1)、第一泵(2)、换热器(3)、低温恒温槽(4)、第一三通阀(5)、第二泵(6)、过滤器(7)、调节阀(8)、喷雾腔(9)、喷嘴(10)、热电偶(11)、加热棒(12)、转盘(13)、电机(14)、无线数据采集仪(15)、第二三通阀(16)、压缩机(17)、储液器(18)、热源表面(19)。本发明具有可调节重力加速度，可进行多种液体和多种制冷剂作为介质的喷雾冷却实验，可调节参数多，使用方便等多个优点。

技术领域

本发明涉及一种可应用多种冷却介质和模拟不同重力加速度环境的喷雾冷却试验台，属于高效换热特性试验研究领域。

背景技术

激光武器在发射后几秒内将产生兆瓦级的热量，导致其表面产生极大的热载荷和极高的热流密度，其热流密度可达数百甚至数千W/cm²。高热流密度会损毁激光介质，高功率定向能武器的发热问题成为制约进一步提高其输出功率的瓶颈，如何及时转移因发射后能量耗散形成的高热流是研制机载大功率定向能武器必须攻克的关键技术。

喷雾冷却是将冷却介质通过雾化分解为无数的离散型小液滴，喷淋到加热表面上通过单相换热和两相换热带走热量的一种新型冷却方式，其优点在于：较小的表面温差；没有沸腾滞后性；良好的换热性能；可实现均匀的冷却壁面温度；工质需求量小。因此，喷雾冷却技术在激光武器冷却领域具有很强的应用前景。

激光武器的重要应用领域是机载领域，被认为是改变未来空战的革命性技术。那么，喷雾冷却在应用至机载激光武器冷却方面时，由于飞机上升下降旋转翻转，喷雾环境中的重力加速度不断变化，导致传热特性会发生剧烈变化，甚至可能导致喷雾冷却提前失效，危害激光武器。为了研究此时的喷雾冷却传热特性，必须通过搭建可靠的试验台完成大量试验，因此一个适用于多种冷却介质、重力加速度大小和方向可调的试验台在喷雾冷却研究中十分重要。

虽然近几年对喷雾冷却性能的研究取得了很大的进展，针对喷雾冷却系统实际应用也有相关的技术涌现，专利ZL201110446869.5提出的一种基于微重力环境的喷雾冷却回路装置，该专利是利用毛细芯的毛细特性营造微重力环境，无法准确地推算出重力大小；专利CN105117558A提出的一种不利高过载诱发的喷雾冷却表面液膜畸变的建模方法，该专利是以常重力环境下的VOF模型为基础，将参考系建立在水平加速运动的热源面上，引入惯性力从而建立起非惯性系，建立过载环境下的算法模型，仅仅通过模型演算，没有通过实验来验证。这些技术虽然提出了喷雾冷却的设计方案，但由方案设计到实际应用必须经过大量的实验论证，因此搭建一个可靠实用的实验平台是喷雾冷却系统大规模应用必需要解决的问题。

相对于现有专利成果，本发明的优点在于：本发明是适用于多种介质的实验系统；本发明中喷嘴的高度与角度均可以精确调节；本发明可以控制重力加速度的大小和方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种可应用多种冷却介质和模拟不同重力加速度环境的喷雾冷却试验台。

该试验台主要由空冷换热器(1)、第一泵(2)、换热器(3)、低温恒温槽(4)、第一三通阀(5)、第二泵(6)、过滤器(7)、调节阀(8)、喷雾腔(9)、喷嘴(10)、热电偶(11)、加热棒(12)、转盘(13)、电机(14)、无线数据采集仪(15)、第二三通阀(16)、压缩机(17)、储液器(18)、热源表面(19)组成。

该试验台根据使用冷却介质的不同可分为使用制冷剂类介质的试验台和使用非制冷剂类的试验台两部分。使用制冷剂的试验台制冷剂可选用但不仅限于R11、R22、R134a、FC-72、FC-87等；使用非制冷剂的试验台可选用但不仅限于水、盐类溶液、醇类溶液等。