CN106731918A - 一种分段组合式混合室 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种分段组合式混合室，包括第一法兰、第二法兰、n个插入段、进气环和密封圈，其中n个插入段依次连接形成空腔结构，第一法兰与第二法兰分别与所述空腔结构两端的插入段固定连接，所述第一法兰或第二法兰与外部加热器连接，且相邻两个插入段之间放置进气环，外部加热器产生的气流进入所述空腔结构，与通过进气环进入空腔结构的气流混合，其中n为正整数，且n≥1，该分段组合式混合室通过插入段的独立进气通道和进气环引入的气体对热气流进行干扰，使冷热气流充分混合，降低热气流的平均温度，达到降低热气流焓值的目的，同时该混合室各组成部件发生故障后可单独更换，节约使用成本。

Description

一种分段组合式混合室
技术领域
本发明涉及一种分段组合式混合室，适用于一种高温风洞试验用的电弧加热器，特别是一种低压高焓直流叠片式电弧加热器高焓技术。
背景技术
在地面热环境模拟实验中，经常需要对经过电弧加热器电离加热的高焓气流进行降焓，混合室技术是有效解决这一问题的技术手段之一。混合室连接于加热器出口处，热气流的下游。由混合室径向引入工作气体，吹入热气流中心，使冷热气之间充分混合，可以有效降低气流平均焓。
现有的混合室为整体式的混合室，容易烧损，成本较高，并且整体式混合室气流混合不均匀。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种分段组合式混合室，该混合室实现冷热气流的混合，降低气流平均焓，使冷热气体混合更加充分，且各组成部件在发生故障后可单独更换，节约使用成本。
本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：
一种分段组合式混合室，包括第一法兰、第二法兰、n个插入段和进气环，其中n个插入段依次连接形成空腔结构，第一法兰与第二法兰分别与所述空腔结构两端的插入段固定连接，所述第一法兰或第二法兰与外部加热器连接，且相邻两个插入段之间放置进气环，外部加热器产生的气流进入所述空腔结构，与通过进气环进入空腔结构的气流混合，其中n为正整数，且n≥1。
在上述分段组合式混合室中，所述每个插入段均为两端开口的环形空腔结构，其中一个端面设有环形凸起定位台阶，另一个端面设有环形下凹定位台阶，相邻两个插入段连接时，其中一个插入段通过环形凸起定位台阶与另一个插入段的环形下凹定位台阶配合，形成固定连接。
在上述分段组合式混合室中，所述每个插入段的两个端面上分别设有台阶，用于安装进气环，进气环的周向设有进气孔。
在上述分段组合式混合室中，所述进气孔为1～20个，均布在进气环的周向；所述进气孔的直径为1～6mm。
在上述分段组合式混合室中，所述每个插入段上设有进气口，外部气流通过进气口进入插入段的端面，由设置在插入段端面台阶上的进气环的进气孔进入空腔结构。
在上述分段组合式混合室中，所述每个插入段上设有冷却水进口、冷却水出口和冷却水通道，其中冷却水通道设置在插入段的内壁上，冷却水从冷却水进口进入，流经环形冷却水通道，再由冷却水出口引出。
在上述分段组合式混合室中，所述冷却水进口和冷却水出口为多个，沿插入段周向均匀分布。
在上述分段组合式混合室中，所述第一法兰的一个端面和第二法兰的一个端面上设有与相邻插入段配合连接的环形下凹定位台阶或环形凸起定位台阶。
在上述分段组合式混合室中，所述第一法兰与相邻的插入段之间以及第二法兰与相邻的插入段之间通过端面上设置的台阶，放置进气环；所述进气环的周向设有进气孔，进气孔为1～20个，均布在进气环的周向，且所述进气孔的直径为1～6mm。
在上述分段组合式混合室中，还包括密封圈，所述密封圈为环形密封圈，设置在第一法兰与相邻的插入段之间，相邻两个插入段之间，以及第二法兰与相邻的插入段之间。
在上述分段组合式混合室中，所述分段组合式混合室的长径比为1～5；所述插入段的个数n为1～30个。
在上述分段组合式混合室中，所述每个插入段沿轴向的高度为10～100mm。
在上述分段组合式混合室中，所述插入段为内外套封装结构，内外套之间采用焊接或密封圈密封结构封装密封。
在上述分段组合式混合室中，经过所述分段组合式混合室混合后的气流温度范围为1000～10000K。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)、本发明提出一种全新结构的分段组合式混合室，由第一法兰、第二法兰、n个插入段、进气环和密封圈组成，n个插入段叠加、两端由第一法兰和第二法兰压紧；插入段间缝隙处安装进气环，引入冷气，橡胶密封圈密封，该分段组合式混合室通过插入段的独立进气通道和进气环引入的气体对热气流进行干扰，使冷热气流充分混合，降低热气流的平均温度，达到降低热气流焓值的目的。
(2)、本发明分段组合式混合室与壁面光滑整体混合室相比，相邻插入段缝隙处均可以引入气体，使冷热气体充分混合更充分。
(3)、本发明分段式混合室与壁面光滑整体混合室相比，各插入段等部件各自独立，发生故障后可单独更换，节约使用成本。
(4)、本发明分段式混合室与壁面光滑整体混合室相比，插入段数量可以调节，不同大小进气孔的进气环可以更换，气流温度调节范围更大，适用范围更广；
(5)、本发明通过对分段式混合室各组成部件结构的优化设计和巧妙组合，使得混合室整体具有更加优异的性能，可以实现冷热气流的混合，降低气流平均焓，使冷热气体混合更加充分。
附图说明
图1为本发明分段组合式混合室结构剖面图；
图2为本发明第一法兰结构剖面图；
图3为本发明第二法兰结构剖面图；
图4为本发明插入段结构示意图；其中图4a为插入段结构剖面图，图4b为插入段右视图；
图5为本发明进气环结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
以叠片式电弧加热器配套的分段组合式混合室为例对本发明进行说明。叠片式电弧加热器的出口连接分段组合式混合室。
如图1所示为本发明分段组合式混合室结构剖面图，由图可知本发明分段组合式混合室包括第一法兰1、第二法兰5、n个插入段2、进气环3和密封圈4，，其中n个插入段2依次连接形成空腔结构，第一法兰1与第二法兰5分别与所述空腔结构两端的插入段2固定连接，第一法兰1与外部加热器连接，且相邻两个插入段2之间放置进气环3，外部加热器产生的气流进入空腔结构，与通过进气环3进入空腔结构的气流混合，降低热气流的平均温度，达到降低热气流焓值的目的。其中n取值为1～30。
如图2所示为本发明第一法兰结构剖面图；图3所示为本发明第二法兰结构剖面图，由图可知，第一法兰1的一个端面和第二法兰5的一个端面上设有与相邻插入段2配合连接的环形下凹定位台阶7或环形凸起定位台阶9。叠片式电弧加热器出口为下凹台阶对接平面，分段组合式混合室左侧第一法兰1与加热器出口对接，因此第一法兰1左侧设计与加热器出口尺寸对应的凸起定位台阶6，第二法兰5右侧设计有与加热器出口同样尺寸的下凹台阶11与下游设备连接。第一法兰1和第二法兰5中间安装插入段2，本实施例中安装10个插入段2。如图1所示n＝10。本实施例中第一法兰1、第二法兰5以及插入段2均为两端开口的环形结构，每个插入段2沿轴向的高度为10～100mm，本实施例中为25mm，本实施例中第一法兰1和第二法兰5沿轴向的高度也为25mm，本实施例中第一法兰1、第二法兰5以及插入段2内径混合室长径比为1～5，本实施例中为3。
如图4所示为本发明插入段结构示意图；其中图4a为插入段结构剖面图，图4b为插入段右视图；每个插入段2均为两端开口的环形空腔结构，其中一个端面设有环形凸起定位台阶12，另一个端面设有环形下凹定位台阶15，相邻两个插入段2连接时，其中一个插入段2通过环形凸起定位台阶12与另一个插入段2的环形下凹定位台阶15配合，形成固定连接。
本实施例中装配时，第一法兰1的右侧的下凹台阶7与第一个插入段2左侧的凸起定位台阶12定位配合，第二个插入段2的左侧凸起台阶12与第一个插入段2的右侧下凹台阶15定位配合，依此方法安装十个插入段2。第十个插入段右侧下凹定位台阶15与第二法兰5左侧的凸起台阶9定位配合。每个插入段为内外套封装结构，内外套之间采用焊接或密封圈密封结构封装密封。
每个插入段2的两个端面上分别设有台阶13、14，用于安装进气环3，进气环3的周向设有进气孔20。进气孔20为1～20个，均布在进气环3的周向；进气孔20的直径为1～6mm。如图5所示为本发明进气环结构示意图。本实施例中进气环3的周向均布8个直径的径向进气孔。
安装插入段2同时，安装进气环3和密封圈4。进气环3分别与第一法兰1右侧台阶8、插入段2的左侧台阶13、右侧台阶14、第二法兰5左侧台阶10定位配合安装。最后通过法兰孔安装螺栓压紧。
如图4b所示，每个插入段均具有独立的冷却水通道和进气通道，通过独立进气通道引入的气体经过进气环3进入内腔。插入段2上设有进气口16，外部气流通过进气口16进入插入段2的端面，由设置在插入段2端面台阶上的进气环3的进气孔20进入空腔结构。每个插入段2上还设有冷却水进口17、冷却水出口18和冷却水通道19，其中冷却水通道19设置在插入段2的内壁上，冷却水从冷却水进口17进入，流经环形冷却水通道19，再由冷却水出口18引出。冷却水进口17和冷却水出口18为多个，沿插入段2周向均匀分布。本实施例中冷却水进口17和冷却水出口18分别为三个，间隔均布。
第一法兰1与相邻的插入段2之间以及第二法兰5与相邻的插入段2之间通过端面上设置的台阶，放置进气环3；进气环3的周向设有进气孔20，进气孔20为1～20个，均布在进气环3的周向，且所述进气孔20的直径为1～6mm。
密封圈4为环形密封圈，设置在第一法兰1与相邻的插入段2之间，相邻两个插入段2之间，以及第二法兰5与相邻的插入段2之间。
本发明分段组合式混合室的工作原理为：
外部加热器产生的热气流进入空腔结构，插入段2的进气通道16从左侧面引出至相邻插入段2或插入段2与法兰的缝隙处，从外部引入的冷气体再经进气环3的径向孔20进入混合室内腔，进入混合室内腔的热气流与冷气体充分混合，降低热气流的平均温度，达到降低热气流焓值的目的。本发明分段组合式混合室混合后的气流温度范围为1000～10000K。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (14)

1.一种分段组合式混合室，其特征在于：包括第一法兰(1)、第二法兰(5)、n个插入段(2)和进气环(3)，其中n个插入段(2)依次连接形成空腔结构，第一法兰(1)与第二法兰(5)分别与所述空腔结构两端的插入段(2)固定连接，所述第一法兰(1)或第二法兰(5)与外部加热器连接，且相邻两个插入段(2)之间放置进气环(3)，外部加热器产生的气流进入所述空腔结构，与通过进气环(3)进入空腔结构的气流混合，其中n为正整数，且n≥1。
2.根据权利要求1所述的一种分段组合式混合室，其特征在于：所述每个插入段(2)均为两端开口的环形空腔结构，其中一个端面设有环形凸起定位台阶(12)，另一个端面设有环形下凹定位台阶(15)，相邻两个插入段(2)连接时，其中一个插入段(2)通过环形凸起定位台阶(12)与另一个插入段(2)的环形下凹定位台阶(15)配合，形成固定连接。
3.根据权利要求2所述的一种分段组合式混合室，其特征在于：所述每个插入段(2)的两个端面上分别设有台阶(13、14)，用于安装进气环(3)，进气环(3)的周向设有进气孔(20)。
4.根据权利要求3所述的一种分段组合式混合室，其特征在于：所述进气孔(20)为1～20个，均布在进气环(3)的周向；所述进气孔(20)的直径为1～6mm。
5.根据权利要求1-4之一所述的一种分段组合式混合室，其特征在于：所述每个插入段(2)上设有进气口(16)，外部气流通过进气口(16)进入插入段(2)的端面，由设置在插入段(2)端面台阶上的进气环(3)的进气孔(20)进入空腔结构。
6.根据权利要求1-4之一所述的一种分段组合式混合室，其特征在于：所述每个插入段(2)上设有冷却水进口(17)、冷却水出口(18)和冷却水通道(19)，其中冷却水通道(19)设置在插入段(2)的内壁上，冷却水从冷却水进口(17)进入，流经环形冷却水通道(19)，再由冷却水出口(18)引出。
7.根据权利要求6所述的一种分段组合式混合室，其特征在于：所述冷却水进口(17)和冷却水出口(18)为多个，沿插入段(2)周向均匀分布。
8.根据权利要求1-4之一所述的一种分段组合式混合室，其特征在于：所述第一法兰(1)的一个端面和第二法兰(5)的一个端面上设有与相邻插入段(2)配合连接的环形下凹定位台阶(7)或环形凸起定位台阶(9)。
9.根据权利要求8所述的一种分段组合式混合室，其特征在于：所述第一法兰(1)与相邻的插入段(2)之间以及第二法兰(5)与相邻的插入段(2)之间通过端面上设置的台阶，放置进气环(3)；所述进气环(3)的周向设有进气孔(20)，进气孔(20)为1～20个，均布在进气环(3)的周向，且所述进气孔(20)的直径为1～6mm。
10.根据权利要求1-4之一所述的一种分段组合式混合室，其特征在于：还包括密封圈(4)，所述密封圈(4)为环形密封圈，设置在第一法兰(1)与相邻的插入段(2)之间，相邻两个插入段(2)之间，以及第二法兰(5)与相邻的插入段(2)之间。
11.根据权利要求1-4之一所述的一种分段组合式混合室，其特征在于：所述分段组合式混合室的长径比为1～5；所述插入段(2)的个数n为1～30个。
12.根据权利要求1-4之一所述的一种分段组合式混合室，其特征在于：所述每个插入段(2)沿轴向的高度为10～100mm。
13.根据权利要求1-4之一所述的一种分段组合式混合室，其特征在于：所述插入段(2)为内外套封装结构，内外套之间采用焊接或密封圈密封结构封装密封。
14.根据权利要求1-4之一所述的一种分段组合式混合室，其特征在于：经过所述分段组合式混合室混合后的气流温度范围为1000～10000K。
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