[发明专利]一种高压燃气流快速减压整流装置及方法

说明书

本发明提供了一种高压燃气流快速减压整流装置及方法，该减压整流装置为回转体结构，沿气流方向依次包括入口法兰(1)、超音速激波段(2)、平直段(5)、收敛段(10)和出口法兰(11)。该燃气流进入该装置后经过两次激波后实现总压快速下降，经过多次整流处理后，实现对燃气流动速度和均匀性的精准控制。本发明可以全面提高燃气的流动品质，为下游燃气的无毒化处理提供合适的气流入口参数条件。

技术领域

本发明属于有害气体无毒化处理技术领域，涉及一种有害气体无毒化的前置处理方法，具体涉及一种高压燃气流快速减压整流装置及方法。

背景技术

常温推进剂如偏二甲肼和四氧化二氮广泛应用于航天推进系统中，具有点火可靠、燃烧稳定、方便储存和运输等优点。开展该类型发动机研究性试验时会产生大量未分解完全的富氧燃气，由于该类型推进剂及其未完全分解产物具有较大的毒性，在补燃循环发动机半系统试验过程中需要采用燃烧的方法对其进行无毒化实时处理，以满足绿色环保的排放要求。由发动机排出的燃气往往具有极高的压力和极快的速度，不利于无毒化过程的实施，因此在进行燃烧处理前需要对该气流进行减压、整流等前置处理，以满足下游燃烧反应过程对燃气流动品质的要求。

目前，类似的整流装置主要应用于风洞稳定段的设计，主要目的是为了抑制流动分离，降低气流脉动，保证下游稳定的入口流动。主要的整流方法包括：丝网式、分流锥式+扩开角式、孔板式、漩涡发生器式、楞锥形网格式、可动壁式、蜂窝器式、导流板式、多孔板式等方式，而整流方案多采用单一整流方式、多层布置或者采用多种方式混合使用的方案。由于具体使用环境以及对整流效果要求的差异，不同设计方案及整流装置之间存在较大区别。

参考国内、外相关方案的文献，已有整流装置产品适用的流动介质多为低速、常温、常压的空气介质，方案的设计目的均为等压整流，虽然整流装置会带来一定的总压损失，但气流的减压并不是主要目的，由于现有需求体积流量相对较小，对整流装置所占空间的要求并不苛刻。然而，补燃循环半系统联试产生的燃气具有流量大、温度高(600K以上)、压力大(20MPa以上)、组分复杂、流动多变等特点，目前现有整流方法及装置并不能满足发动机燃气快速减压、整流的需求。

因此，研究一种能够满足大流量高温、高压、富氧燃气的快速减压、整流装置及方法对保证我国大流量火箭发动机绿色环保的研试过程是十分必要的。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明人进行了锐意研究，提供了一种高压燃气流快速减压整流装置及方法，适用于补燃循环发动机半系统联试过程中产生的高温、高压燃气减压、整流等前置处理，通过降低气流总压(20MPa以上)、抑制流动分离、降低流动脉动、减小气流径向速度偏差，达到提高燃气流动品质的要求，为下游燃气无毒化处理提供均匀、稳定的入口条件。

本发明提供的技术方案如下：

第一方面，一种高压燃气流快速减压整流装置，该减压整流装置为回转体结构，沿气流方向依次包括入口法兰、超音速激波段、平直段、收敛段和出口法兰；

所述入口法兰用于引入经发动机喷管加速至音速的燃气流；

所述超音速激波段为锥状扩张段，通过扩张将燃气流加速到超音速状态，所述超音速激波段的中部布置有至少一件多孔阻尼板，通过匹配流动速度与环境压力，使燃气流在多孔阻尼板前方的流场中间处产生正激波，对燃气流初步减压，并使燃气流由超音速状态转变为亚音速状态；所述多孔阻尼板的板面垂直于装置的轴线，用于将燃气流由亚音速状态再次转变为超音速状态，并在多孔阻尼板的下游形成二次激波，对燃气流进行二次精准减压，使总压下降至设计值附近，燃气流得到初步整流；

所述超音速激波段与平直段之间布置有突扩台阶，所述突扩台阶的内径大于超音速激波段的大端内径且等于平直段的内径，突扩台阶用于降低燃气流的平均流速；

所述平直段内布置有至少一件整流板，所述整流板上开设通孔，用于在低于设计平均速度的流道内对燃气流整流，使其流动径向速度差异大幅减小，流动均匀性大幅提升；