CN109737771A - 一种应用辐射板和环路热管冷却喷雾介质的机载喷雾冷却系统 - Google Patents
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Abstract
一种应用辐射板和环路热管冷却喷雾介质的机载喷雾冷却系统，属于机载高热流密度设备冷却研究领域。本发明主要是利用高空的低温空气和整体环境作为对流和辐射的冷源，同时利用环路热管技术，将机载喷雾冷却系统内的热量顺利排出系统外，实现喷雾介质的循环使用。主要由喷雾介质储存箱(1)、储存箱出水阀(2)、第一液体泵(3)、截止阀(4)、喷嘴(5)、喷雾室(6)、喷雾表面(7)、第二液体泵(8)、环路热管蒸发段(9)、环路热管冷凝段(10)、冷空气通道(11)、冷空气截止阀(12)、气泵(13)、冷凝段辐射膜板(14)、冷空气通道出口(15)等组成。本发明具有充分利用高空天然冷源、介质循环利用等多个优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用辐射板和环路热管冷却喷雾介质的机载喷雾冷却系统，属于机载高热流密度设备冷却研究领域。
背景技术
喷雾冷却是利用低温介质通过一定压力的空气将介质化成雾流对目标面进行控制冷却的技术。喷雾冷却技术是把微量液体混入压力流体中，形成雾化的气液两相流，通过喷雾产生射流。喷雾冷却最初运用于合成钛基、镍基等高温合金和高强度合金钢的生产过程，在切削过程中对刀具进行散热，同时起到润滑的作用。如今，喷雾冷却已经不局限于金属加工工业。随着对军用飞机机动性能、隐身性能、防御性能要求的不断提高，发展激光武器是必然选择。激光武器作战时，会产生大量的无用热量，导致表面热流密度极高，传统的热交换器无法在短时间内消散如此大量的热量，喷雾冷却是将冷却介质雾化分解为无数的离散型小液滴，喷淋到加热表面上换热带走热量的一种冷却方式，可以使待冷却表面温度均匀，同时具有瞬时换热性能良好、临界热流密度大等优点。在飞机飞行过程中，高空的低温空气和整体环境可分别作为对流和辐射的冷源，若利用环路热管技术，可以将喷雾介质内的热量顺利排出系统外，实现喷雾介质的循环使用。
目前，对机载喷雾冷却系统的研究很少，尤其是针对喷雾后温度升高的介质如何在高空降温这一技术难题还存在空白。多数喷雾冷却系统还停留在单一解决工业生产应用中的散热问题方面。在专利CN105269391A中，公开了一种喷雾冷却装置在曲轴斜油孔加工中的应用，利用压缩空气使切削液雾化成两相混合液体，经由靠近切削区的喷嘴高速喷射到切削区，产生冷却、润滑及清理作用；此专利没有冷源，介质不能循环，无法长期使用。
本专利利用环路热管技术和喷雾冷却技术，结合高空低温空气和高空低温环境作为对流换热和辐射换热的冷源，引入环路热管技术对已与表面换热的喷雾介质进行冷却再利用，避免了冷源浪费，节约了机载系统的介质用量，从而直接减小了机载喷雾冷却系统在飞机宝贵空间内的体积，提升了飞机的飞行安全。
发明内容
本发明的目的是提供一种应用辐射板和环路热管冷却喷雾介质的机载喷雾冷却系统。
由喷雾介质储存箱(1)、储存箱出水阀(2)、第一液体泵(3)、截止阀(4)、喷嘴(5)、喷雾室(6)、喷雾表面(7)、第二液体泵(8)、环路热管蒸发段(9)、环路热管冷凝段(10)、冷空气通道(11)、冷空气截止阀(12)、气泵(13)、冷凝段辐射膜板(14)、冷空气通道出口(15)、环路热管蒸汽通道(16)、环路热管液体通道(17)组成。
其中喷雾介质储存箱(1)的出口和储存箱出水阀(2)的进口相连，储存箱出水阀(2)出口与第一液体泵(3)进口连接，第一液体泵(3)出口与截止阀(4)的入口相连，截止阀(4)的出口和喷嘴(5)的入口连接，喷嘴(5)安装在喷雾室(6)中，喷雾室(6)下端为喷雾表面(7)，喷雾表面(7)出口和第二液体泵(8)入口连接，第二液体泵(8)出口连接环路热管蒸发段(9)的一端，环路热管蒸发段(9)的另一端和第一泵(3)连接；将环路热管冷凝段(10)嵌入冷凝段辐射板(14)，冷空气通道(11)正交穿过环路热管冷凝段(10)和冷凝段辐射膜板(14)，在冷空气通道(11)处于环路热管冷凝段(10)和冷凝段辐射膜板(14)上方的部分依次安装冷空气截止阀(12)和气泵(13)。
在喷雾环路中，喷雾介质储存箱(1)中充满喷雾介质，开启储存箱出水阀(2)、在第一液体泵(3)的推动下，喷雾介质流经截止阀(4)，由喷嘴(5)喷到喷雾室(6)的喷雾表面(7)上，喷雾介质与喷雾表面(7)换热后温度升高，随后升温后的喷雾介质经过第二液体泵(8)，在环路热管蒸发段(9)将携带的热量导出后，降低温度的喷雾介质回到第一液体泵(3)循环进行下一次喷雾冷却过程。
在环路热管中，喷雾介质经过环路热管蒸发段(9)，环路热管蒸发段(9)吸热，通过环路热管蒸汽通道(16)热量流向环路热管冷凝段(10)，环路热管冷凝段(10)利用冷空气通道(11)通过气泵(13)和冷空气截止阀(12)进行强制对流换热，同时环路热管冷凝段(10)与冷凝段辐射膜板(14)进行强制辐射换热，将喷雾介质携带的热量排出至系统外。
所述的环路热管由环路热管蒸发段(9)、环路热管冷凝段(10)、冷空气通道(11)、冷空气截止阀(12)、气泵(13)、冷凝段辐射膜板(14)、冷空气通道出口(15)、环路热管蒸汽通道(16)、环路热管液体通道(17)组成，环路热管内介质在环路热管蒸发段(9)汽化，经环路热管蒸汽通道(16)流到环路热管冷凝段(10)，在环路热管冷凝段(10)液化后流入环路热管液体通道(17)，经环路热管液体通道(17)流回环路热管蒸发段(9)。
环路热管内的介质可以为水、乙二醇水溶液、制冷剂等。
环路热管冷凝段(10)安装在冷凝段辐射膜板(14)上，冷凝段辐射膜板(14)利用高空的低温环境将环路热管冷凝段(10)所聚集的热量通过辐射散热的方式排入外界环境。
安装冷空气通道(11)和气泵(13)，与环路热管冷凝段(10)和冷凝段辐射膜板(14)垂直相交，通过气泵(13)将高空低温空气引入对热管冷凝段(10)进行强制对流换热。
喷雾介质溶质可选用水溶液、氯化钠溶液、酒精溶液、聚乙烯醇溶液、聚乙烯醇缩丁醛溶液。
附图说明
附图1为本发明的原理图。
附图1中的标号名称：1.喷雾介质储存箱，2.储存箱出水阀，3.第一液体泵，4.截止阀，5.喷嘴，6.喷雾室，7.喷雾表面，8.第二液体泵，9.环路热管蒸发段，10.环路热管冷凝段，11.冷空气通道，12.冷空气截止阀，13.气泵，14.冷凝段辐射膜板，15.冷空气通道出口，16.环路热管蒸汽通道，17.环路热管液体通道。
附图2为本发明的环路热管局部示意图。
附图2中的标号名称：9.环路热管蒸发段，10.环路热管冷凝段，11.冷空气通道，12.冷空气截止阀，13.气泵，14.冷凝段辐射膜板，15.冷空气通道出口，16.环路热管蒸汽通道，17.环路热管液体通道。
具体实施方式
如图1所示，一种应用辐射板和环路热管冷却喷雾介质的机载喷雾冷却系统主要由喷雾介质储存箱1、储存箱出水阀2、第一泵3、截止阀4、喷嘴5、喷雾室6、喷雾表面7、第二泵8、环路热管蒸发段9、环路热管冷凝段10、冷空气通道11、冷空气截止阀12、第三泵13、冷凝段辐射膜板14、冷空气通道出口15组成。
喷雾介质储存箱1的出口和储存箱出水阀2的进口相连，储存箱出水阀2出口与第一液体泵3进口连接，第一液体泵3出口与截止阀4相连，截止阀4和喷嘴5连接，喷嘴5安装在喷雾室6中，喷雾室6下端为喷雾表面，喷雾表面7出口和第二液体泵8入口连接，第二液体泵8出口连接环路热管蒸发段9的一端，环路热管蒸发段9的另一端和第一液体泵3连接；将环路热管冷凝段10嵌入冷凝段辐射板14，冷空气通道11正交穿过环路热管冷凝段10和冷凝段辐射膜板14，在冷空气通道11入口处依次安装冷空气截止阀12和气泵13。
在喷雾环路中，喷雾介质储存箱1中充满喷雾介质，开启储存箱出水阀2、在第一液体泵3的推动下，喷雾介质流经截止阀4，由喷嘴5喷到喷雾室6的喷雾表面7上，喷雾介质与喷雾表面7换热后温度升高，随后升温后的喷雾介质经过第二液体泵8，在环路热管蒸发段9将携带的热量导出后，降低温度的喷雾介质回到第一液体泵3循环进行下一次喷雾冷却过程。
在环路热管中，喷雾介质经过环路热管蒸发段9，环路热管蒸发段9吸热，此时环路热管内的介质汽化，通过环路热管蒸汽通道16热量流向环路热管冷凝段10，环路热管冷凝段10利用冷空气通道11通过气泵13和冷空气截止阀12进行强制对流换热，环路热管冷凝段10与冷凝段辐射膜板14进行强制辐射换热，将喷雾介质携带的热量排出至系统外，此时环路热管中的介质在环路热管冷凝段10液化，经环路热管液体通道17流回环路热管蒸发段9，进行下一次热量导出过程。
本发明利用高空的低温环境为辐射和对流换热提供和天然冷源，同时将喷雾冷却与热管技术有机结合，为适用于高空环境的机载喷雾冷却系统提供新的思路和解决方案，为航空电子设备及机载武器领域的喷雾冷却应用提供一个安全高效的平台。
Claims (7)
1.一种应用辐射板和环路热管冷却喷雾介质的机载喷雾冷却系统，其特征在于：
由喷雾介质储存箱(1)、储存箱出水阀(2)、第一液体泵(3)、截止阀(4)、喷嘴(5)、喷雾室(6)、喷雾表面(7)、第二液体泵(8)、环路热管蒸发段(9)、环路热管冷凝段(10)、冷空气通道(11)、冷空气截止阀(12)、气泵(13)、冷凝段辐射膜板(14)、冷空气通道出口(15)、环路热管蒸汽通道(16)、环路热管液体通道(17)组成；
其中喷雾介质储存箱(1)的出口和储存箱出水阀(2)的进口相连，储存箱出水阀(2)出口与第一液体泵(3)进口连接，第一液体泵(3)出口与截止阀(4)的入口相连，截止阀(4)的出口和喷嘴(5)的入口连接，喷嘴(5)安装在喷雾室(6)中，喷雾室(6)下端为喷雾表面(7)，喷雾表面(7)和第二液体泵(8)入口连接，第二液体泵(8)出口连接环路热管蒸发段(9)的一端，环路热管蒸发段(9)的另一端和第一泵(3)连接；将环路热管冷凝段(10)嵌入冷凝段辐射板(14)，冷空气通道(11)正交穿过环路热管冷凝段(10)和冷凝段辐射膜板(14)，在冷空气通道(11)处于环路热管冷凝段(10)和冷凝段辐射膜板(14)上方的部分依次安装冷空气截止阀(12)和气泵(13)。
2.根据权利要求1所述的一种应用辐射板和环路热管冷却喷雾介质的机载喷雾冷却系统，其特征在于包括以下过程：
在喷雾环路中，喷雾介质储存箱(1)中充满喷雾介质，开启储存箱出水阀(2)、在第一液体泵(3)的推动下，喷雾介质流经截止阀(4)，由喷嘴(5)喷射到喷雾室(6)的喷雾表面(7)上，喷雾介质与喷雾表面(7)换热后温度升高，随后升温后的喷雾介质经过第二液体泵(8)，在环路热管蒸发段(9)将携带的热量导出后，降低温度的喷雾介质回到第一液体泵(3)循环进行下一次喷雾冷却过程；
在环路热管中，喷雾介质经过环路热管蒸发段(9)，环路热管蒸发段(9)吸热，通过环路热管蒸汽通道(16)热量流向环路热管冷凝段(10)，环路热管冷凝段(10)利用冷空气通道(11)通过气泵(13)和冷空气截止阀(12)进行强制对流换热，环路热管冷凝段(10)与冷凝段辐射膜板(14)进行强制辐射换热，将喷雾介质携带的热量排出至系统外。
3.根据权利要求1所述的一种应用辐射板和环路热管冷却喷雾介质的机载喷雾冷却系统，其特征在于：
所述的环路热管由环路热管蒸发段(9)、环路热管冷凝段(10)、冷空气通道(11)、冷空气截止阀(12)、气泵(13)、冷凝段辐射膜板(14)、冷空气通道出口(15)、环路热管蒸汽通道(16)、环路热管液体通道(17)组成，环路热管内介质在环路热管蒸发段(9)汽化，经环路热管蒸汽通道(16)流到环路热管冷凝段(10)，在环路热管冷凝段(10)液化后流入环路热管液体通道(17)，经环路热管液体通道(17)流回环路热管蒸发段(9)。
4.根据权利要求1所述的一种应用辐射板和环路热管冷却喷雾介质的机载喷雾冷却系统，其特征在于：
本发明所述环路热管内的介质可以为水，乙二醇水溶液，制冷剂等。
5.根据权利要求1所述的一种应用辐射板和环路热管冷却喷雾介质的机载喷雾冷却系统，其特征在于：
环路热管冷凝段(10)安装在冷凝段辐射膜板(14)上，冷凝段辐射膜板(14)利用高空的低温环境将环路热管冷凝段(10)所聚集的热量通过辐射散热的方式排入外界环境。
6.根据权利要求1所述的一种应用辐射板和环路热管冷却喷雾介质的机载喷雾冷却系统，其特征在于：
安装冷空气通道(11)和气泵(13)，与环路热管冷凝段(10)和冷凝段辐射膜板(14)垂直相交，通过气泵(13)将高空低温空气引入对热管冷凝段(10)进行强制对流换热。
7.根据权利要求1所述的一种应用辐射板和环路热管冷却喷雾介质的机载喷雾冷却系统，其特征在于：
喷雾介质溶质可选用水溶液、氯化钠溶液、酒精溶液、聚乙烯醇溶液、聚乙烯醇缩丁醛溶液。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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