CN101280973B - 一种气体的超音速加热装置及加热方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气体的超音速加热装置及加热方法，加热装置包括由两段直管相互密封连接的管道，管道内壁设置有隔热层，两段直管连接处设置有支撑构件联接一个置于管道内截面中心位置的喷管，该喷管与管道绝缘层之间形成一个正方向渐扩的环形通道；喷管内设置有先缩后扩的变截面气流通道。高速压缩气体由管道入口端以亚音速送入，通过喷管时被分成两股，中间一股进入喷管的变截面气流通道加速至超音速，周围一股则进入渐扩环形通道内，两股气流在喷管末端汇合面上产生速度差，发生剧烈剪切摩擦和扰动而被加热，被加热气体从管道的出口端流出。本发明具有结构简单、制造成本低、加热均匀且升温迅速、节能高效、清洁卫生、安全环保等优点。

Description

一种气体的超音速加热装置及加热方法

技术领域

本发明涉及一种气动式气体加热装置及加热方法，特别涉及一种气体的超音速加热装置及超音速加热方法。

背景技术

高温气体广泛应用于冶金炼钢行业等工业现场。常规气体加热(如燃气、电热等)都是利用热传导、对流、热辐射将热量首先传递给发热体表面附近的气体，再通过对流换热逐步使气体整体温度升高。要使气体整体达到所需的温度，需要一定的传热时间。用温差加热方式加热时，为提高加热速度，就需升高外部温度，加大温差梯度，从而也增大了热损失。

而内通道高速气体气动加热方法是把高速压缩空气的一部分动能和压能直接转化为其内能(热能)，故可在短时间内达到均匀加热。而且，压缩气体被誉为“人类第二大能源”，可见该加热方法有广泛利用的基础。但目前并未有这方面的相关报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、制造成本低、加热均匀而且升温迅速的气动式气体加热装置以及加热方法。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种气体的超音速加热装置，包括由两段直管相互密封连接的管道，管道内壁设置有隔热层，所述两段直管连接处设置有支撑构件联接一个置于管道内截面中心位置的喷管，该喷管与管道绝缘层之间形成一个正方向渐扩的环形通道；该喷管内设置有先缩后扩的变截面气流通道。

一种气体的超音速加热方法，包括下述步骤：

(1)首先在两段直管内壁设置隔热层，然后用一个支撑构件联接一个喷管，将支撑构件置于两段直管相向的端面之间，再将两段直管的相向端面密封连接成管道，并通过支撑构件使喷管固定于管道内截面中心位置，喷管与管道绝缘层之间形成一个渐扩的环形通道；喷管内设置有先缩后扩的变截面气流通道；

(2)将高速压缩气体由管道入口端以亚音速送入，当高速气流通过喷管时被分成两股，中间一股进入喷管内先缩后扩的变截面气流通道，被加速至超音速；周围一股则进入喷管与隔热层之间的渐扩环形管道内被减速，使两股气流在喷管末端汇合面上产生速度差，发生剧烈摩擦和扰动而被加热，被加热气体从管道的出口端流出。

上述方案中，所述喷管内先缩后扩的变截面气流通道可采用锥形变截面气流通道，最窄处和支撑构件处于管道内同一截面上。

本发明气体的超音速加热装置及加热方法，具有以下优点：加热速度快；加热均匀；节能高效；清洁卫生；尤其对氢气、甲烷等易燃易爆的气体的加热，由于加热装置中没有明火，因此安全环保。另外本装置结构简单、耐用、不易损坏，在需要高温气体的工业现场可以得到广泛应用。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图。图中：1-连接法兰；2-连接螺栓；3-密封垫圈；4-支撑构件；5-喷管；6管道；7-隔热层；8-变截面气流通道；9-渐扩环形通道。

图2是图1的A-A向剖视图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述：

如图1、图2所示，一种气体的超音速加热装置，包括由两段直管相互密封连接的管道6，管道内壁设置有隔热层7，两段直管连接处设置有支撑构件4联接一个置于管道6内截面中心位置的喷管5，该喷管与管道绝缘层7之间形成一个渐扩的环形通道9；该喷管5内设置有变截面气流通道8，该变截面气流通道8为一个先缩后扩的锥形变截面气流通道；其最窄处和支撑构件4处于管道6内的同一截面上(图2)。两段直管的密封连接处采用连接法兰1，连接螺栓2和密封垫圈3。支撑构件4的结构为一个具有径向四等分间隔筋的法兰，管道7可采用钢管。

高速压缩气体以亚音速v由左端(入口端)进入管道6，气流被分成2股，中间一股进入喷管5的变截面气流通道8；而边缘的一股则进入喷管5与隔热层7之间的渐扩环形通道9内，前者被加速至超音速，而后者被减速，如此气流便在汇合面B上产生剧烈剪切摩擦和扰动，从而将气体的较大一部分压能和动能直接转化为气体的内能(热能)，实现加热气体的目的；采用本实施例的装置，气体加热的温度可达25摄氏度。

Claims (4)

1.一种气体的超音速加热装置，其特征在于，包括由两段直管相互密封连接的管道，管道内壁设置有隔热层，所述两段直管连接处设置有支撑构件联接一个置于管道内截面中心位置的喷管，该喷管与管道隔热层之间形成一个正方向渐扩的环形通道；该喷管内设置有先缩后扩的变截面气流通道。

2.如权利要求1所述气体的超音速加热装置，其特征在于，所述喷管内先缩后扩的变截面气流通道的最窄处和支撑构件处于管道内同一截面上。

3.一种气体的超音速加热方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)首先在两段直管内壁设置隔热层，然后用一个支撑构件联接一个喷管，将支撑构件置于两段直管相向的端面之间，再将两段直管的相向端面密封连接成管道，并通过支撑构件使喷管固定于管道内截面中心位置，喷管与管道隔热层之间形成一个渐扩的环形通道；喷管内设置有先缩后扩的变截面气流通道；

(2)将高速压缩气体由管道入口端以亚音速送入，当高速气流通过喷管时被分成两股，中间一股进入喷管内先缩后扩的变截面气流通道，被加速至超音速；周围一股则进入喷管与隔热层之间的渐扩环形管道内被减速，使两股气流在喷管末端汇合面上产生速度差，发生剧烈摩擦和扰动而被加热，被加热气体从管道的出口端流出。

4.如权利要求3所述气体的超音速加热方法，其特征在于，所述喷管内先缩后扩的变截面气流通道的最窄处和支撑构件处于管道内同一截面上。

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