CN103398484B - 一种超音速气体对撞式加热装置及加热方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超音速气体对撞式加热装置及加热方法，加热装置包括由隔热管道制成的两段对向的先缩后扩的变截面进口气流通道、两段背向出口气流通道，出口气流通道垂直于进口气流通道，并且通道的截面积大于进口气流通道的截面积；进口气流通道和出口气流通道连接处为气体对撞区，气体对撞区中心设有导热性能良好的传热部件。将压缩空气从两段相向进口气流通道送入，气流在进口气流通道中加速至超音速，然后在气体对撞区发生碰撞，使得气体温度迅速升高后通过背向出口气流通道流出，对撞区中的传热部件传递热量到与其连接的外围装置中对所需要加热介质进行加热。本发明具有结构简单、制造成本低、加热速度快、节能高效、清洁卫生等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种气体对撞式加热装置及加热方法，特别涉及一种超音速气体对撞式加热装置及加热方法。
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（如燃烧、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，加大温度梯度，从而也增大了热损失。
而内通道高速气体的对置撞击的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、加热稳定且升温迅速的气体对撞式加热装置以及利用该装置加热的方法。
为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：
一种超音速气体对撞式加热装置，其特征在于，包括由隔热管道制成的两段对向进口气流通道、由隔热管道制成的两段背向出口气流通道，所述进口气流通道为先缩后扩的变截面气流通道，出口气流通道垂直于进口气流通道，并且出口气流通道的截面积大于进口气流通道中最大截面的截面积；进口气流通道和出口气流通道连接处为气体对撞区，气体对撞区中心设有导热性能好的传热部件。
上述方案中，所述进口气流通道的截面为圆形；所述出口气流通道的截面为矩形。所述出口气流通道的截面积为进口气流通道中最大截面积的4～8倍。
一种利用前述的超音速气体对撞式加热装置的加热方法，其特征在于，将所述传热部件与一个外围装置连接，将压缩空气从两段相向进口气流通道送入，气流在先缩后扩的变截面进口气流通道中加速至超音速，然后在气体对撞区发生碰撞，使得气体温度迅速升高后通过背向出口气流通道流出，此时，对撞区中的传热部件被气体加热，并传递热量到与其连接的外围装置中对所需要加热介质进行加热。
本发明具有以下优点：加热速度更快，温度更高，节能高效，清洁卫生。此外，加热装置结构简单，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
以下结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
图1是本发明装置的结构示意图。
图2是图1的A-A向剖视图。
图1到图2中：1,8—进口气流通道；2—管道；3—对撞区域；4—传热部件；5,6—出口气流通道；7—隔热层；9—法兰；10—连接螺栓。
图3是本发明加热方法示意图。其中：11—介质通道或容器。
图4为对撞区中心线处温度的数值模拟结果示意图。
具体实施方式
如图1、图2所示，一种对撞式气体加热装置，包括两段对向设置的先缩后扩的变截面（圆形）进口气流通道1、8，和两段垂直于进口气流通道方向设置的出口气流通道5、6（矩形截面），气流通道1、8、5、6由管道2制成，出口气流通道的截面积为进口气流通道中最大截面积的6倍，所有管道密封良好且内壁设有隔热层7，进口气流通道和出口气流通道连接处为对撞区3，对撞区中心有导热性能很好的传热部件4。传热部件由法兰9及螺栓10固定在贯穿对撞区中心前后的管道外壁上。
将压缩空气(300m/s)从气流通道1和8中相向送入，在变截面进口气流通道中加速至超音速(900m/s)后，在对撞区3处发生撞击，由于两股气流之间相对速度很大，发生碰撞后气流速度急剧下降，一部分动能迅速转化为内能（热能），使得气体温度迅速升高，此时，对撞区3中的传热部件4被气体加热，并传递热量到与其连接的外围装置中对所需要加热介质进行加热。
如图3所示，本发明的加热装置通过传热部件4传递热量到介质通道或容器11中对所需要加热的介质进行加热。其中被加热介质可以为气体或者液体，如空气、燃气、水、汽水混合物等。
对本实施例的装置进行数值模拟试验，当进入气体对撞区的气流速度为900m/s时，进口气流方向的对撞区中心线上的温度变化如图4所示，从图中看出，温度可升高400摄氏度以上。
Claims (4)
1.一种超音速气体对撞式加热装置，其特征在于，包括由隔热管道制成的两段对向进口气流通道、由隔热管道制成的两段背向出口气流通道，所述进口气流通道为先缩后扩的变截面气流通道，出口气流通道垂直于进口气流通道，并且出口气流通道的截面积大于进口气流通道中最大截面的截面积；进口气流通道和出口气流通道连接处为气体对撞区，气体对撞区中心设有传热部件。
2.如权利要求1所述的气体对撞式加热装置，其特征在于，所述进口气流通道的截面为圆形；所述出口气流通道的截面为矩形。
3.如权利要求1所述的气体对撞式加热装置，其特征在于，所述出口气流通道的截面积为进口气流通道中最大截面积的4～8倍。
4.一种利用权利要求1所述的超音速气体对撞式加热装置的加热方法，其特征在于，将所述传热部件与一个外围装置连接，将压缩空气从两段对向进口气流通道送入，气流在先缩后扩的变截面进口气流通道中加速至超音速，然后在气体对撞区发生碰撞，使得气体温度迅速升高后通过背向出口气流通道流出，此时，对撞区中的传热部件被气体加热，并传递热量到与其连接的外围装置中对所需要加热介质进行加热。
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