CN111841667A - 一种循环式双调模拟热流系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种双调模拟热流系统，包括：热流成分调节腔，具有进水口、进气口、热流循环出口和热流循环入口；进水口连接进水管路，进气口连接进气管路；换热器，包括换热体，换热体内形成有换热腔，换热腔内设置有所述换热管道，所述换热管道的进口与所述热流成分调节腔的热流循环出口连接，所述换热管道的出口及热流成分调节腔的热流循环入口均连接试验舱。用于解决现有技术中无法实现大流量、大热流条件下多模态、多工况的进气道流量捕获、压气机气动载荷、金属着火与燃烧试验等问题，实现对试验件真实工作条件的模拟。

Description

一种循环式双调模拟热流系统

技术领域

本发明涉及进气道流量捕获、压气机气动载荷、金属着火等技术领域，具体是一种循环式双调模拟热流系统。

背景技术

在进气道流量捕获、压气机气动载荷、金属着火等试验研究中，入口的模拟来流需要满足温度、压力、流量等来流参数的要求。在大流量、大热流情况如航空发动机压气机试验中，模拟来流的流量达3～80kg/s，温度达500～800℃，气源和热源需求量大，造成供气系统和加热系统设备占地面积大、投资高，单次试验准备时间长、试验成本高。本发明采用模拟来流的空气循环利用，降低了空气供应系统的设备压力；采用加热器燃气部分循环、剩余部分预热/保温的方法，提高了热流利用率，降低了加热器的负荷要求。

发明内容

本发明提供一种循环式双调模拟热流系统，用于克服现有技术中大流量、大热流试验条件下设备占地庞大、试验费用高等缺陷。通过对模拟来流的循环利用降低对供气系统的设备要求；通过对加热器燃气热流的循环利用降低对加热器的设备要求。通过对模拟来流的循环利用降低对供气系统的设备要求；通过对加热器燃气热流的循环利用降低对加热器的设备要求。

为实现上述目的，本发明提供一种双调模拟热流系统，包括：

热流成分调节腔，具有进水口、进气口、热流循环出口和热流循环入口；进水口连接进水管路，进气口连接进气管路；

换热器，包括换热体，换热体内形成有换热腔，换热腔内设置有所述换热管道，所述换热管道的进口与所述热流成分调节腔的热流循环出口连接，所述换热管道的出口及热流成分调节腔的热流循环入口均连接试验舱。

本发明提供的双调模拟热流系统，通过进水管路和进气管路分别向热流成分调节腔注入空气和水分，能够根据天气状况灵活调整试验舱内的空气湿度，热流成分调节腔内的模拟来流经热流循环出口进入换热器的换热通道进入试验舱以模拟来流成分，加热器的高温燃气流经换热器后一部分由热流泵返回加热器的混合腔循环利用，剩余部分流经预热/保温套管实现余热回收利用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的双调模拟热流系统的原理图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，

三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种双调模拟热流系统，包括：

热流成分调节腔1，具有进水口11、进气口12、热流循环出口13和热流循环入口14；进水口11连接进水管路10，进气口12连接进气管路20；通过调节进气管路10和进水管路20的工作压力等参数实现内部来流组分的调节；

优选地，所述进气管路20包括依次通过管道连接的气罐201和气体流量阀202，气罐201上安装有加注/排放阀、压力表和安全阀，所述气罐201与气体流量阀202之间以及气体流量阀202与热流成分调节腔1之间的管道上分别安装有控制阀。气罐201内储存有高压空气，安全阀用于确保气罐201内的空气的压力不超过安全阈值，压力不足时可通过加注/排放阀注入空气，在压力超限时可外排，此外在气罐201内压力超过安全阈值时，安全阀自动开启并排泄气体，压力表用于显示气罐201内部工作压力并传输至数据采集系统，控制阀可控制是否向热流成分调节腔1内进气，气体流量阀202用于监测进入热流成分调节腔1内空气流量；

优选地，所述进水管路10包括依次通过管道连接的储液箱101、液体流量阀102、泵，储液箱101上安装有加注/排放阀和液位计，所述储液箱101与液体流量阀102之间以及泵与所述热流成分调节腔1之间的管道上分别安装有控制阀。动作原理与上述进气管路相同，不同之处在于控制向热流成分调节腔1内进入的水的流量；液位计用于监测储液箱101内部的液位，在液位低于低液位阈值时控制加注/排放阀打开向储液箱101内注水，在液位高于高液位阈值时控制加注/排放阀关闭，超高时启动加注/排放阀打开并向外排放；

优选地，所述控制阀包括截止阀，所述泵包括水泵或热流泵。其中安装在进水管路上的泵为水泵，用于将储液罐内的水抽入热流成分调节腔。

换热器2，包括换热体，换热体内形成有换热腔，换热腔内设置有所述换热管道21，所述换热管道21的进口与所述热流成分调节腔1的热流循环出口13连接，所述换热管道21的出口及热流成分调节腔1的热流循环入口14均连接试验舱3。

换热器2的作用在于将热流成分调节腔1内经热流循环出口13的模拟空气进行加热，以试验舱内的温度和模拟来流流量为控制对象流量和温度独立调节，便于多工况、多模态的组合试验。

优选地，所述热流成分调节腔1热流循环入口14与试验舱3之间连接有预热/保温管路50；所述换热器2的换热腔具有入口和出口，所述换热腔的入口连接燃气供应管路60，所述换热腔的出口分为二路，其中一路经调节阀由热流泵送入到加热器燃烧室的燃气混合腔，形成换热器热流的循环利用，另外一路经调节阀送入预热/保温夹套，实现余热回收。与加热管路连接以加热通过热流成分调节腔1热流循环入口14进入试验舱3内的介质。上述方案，一方面可在试验初始状态对换热器供应大流量高温热流，以便对模拟来流实现快速加热；在试验初始状态对换热器供应大流量高温热流，以便对模拟来流实现快速加热；另一方面随着模拟来流循环工质的温度逐渐提高，加热器的输出热流逐渐降低，加热器工作在低负荷状态，由热流循环流量的大小调节换热器的热流温度。节约能源，实现热能循环利用。

优选地，所述加热管路50包括连接所述热流成分调节腔1热流循环入口14与试验舱3的第一支管501；所述第一支管501上靠近所述热流循环入口14的位置设置有出口阀，所述第一支管501上靠近试验舱3的位置设置有入口阀，所述第一支管501上出口阀与入口阀之间的位置设置有泵；所述第一支管外壁包覆有加热套管，所述加热套管与所述换热腔的出口连接。这里的出口阀和入口阀均可采用调节阀。泵采用热流泵以输送高温介质。

上述方案中出口阀用于调节热流循环的比率，入口阀用于匹配由热流泵送入加热器燃烧室燃气混合腔的循环燃气流量，加热套管内部通过非循环燃气进行预热/保温，可在第一支管501靠近出口阀的位置设置第一尾气处理装置502，用于余热回收及尾气处理，对余热回收并对尾气进行处理后外排。

优选地，所述燃气供应管路60包括燃烧室601；所述燃烧室601具有入口602、燃气出口603和热流循环入口604；所述燃烧室入口602连接有进气装置，所述燃烧室燃气出口603与所述换热腔的入口连接，所述燃烧室热流循环入口604与循环燃气供应管路70连接，所述循环供应管路70分别与所述加热套管和换热腔连接。

进气装置控制向燃烧室601进入燃气和空气量，在燃烧室601燃烧后产生热量对流经换热通道的介质进行加热，上述结构能够实现燃烧热量的循环利用。

优选地，进气装置包括燃料装置和空气装置；所述燃料装置包括分别与燃烧室连接的主燃料管(用于大流量调控)和辅燃料管(用于小流量调控)；所述空气装置包括分别与燃烧室连接的主空气管(用于大流量调控)和辅空气管(用于小流量调控)；所述主燃料管、辅燃料管、主空气管、辅空气管上均安装有控制阀。

进气装置用于来流模拟的精确调控。主燃料管和辅燃料管独立控制，主空气管、辅空气管独立控制，便于试验过程中的快速响应。

优选地，所述循环供应管路70包括主管701、第二支管702、第三支管703、第四支管704；所述主管701连接燃烧室热流循环入口604与第二尾气处理装置705；所述第二支管702连接主管701与换热腔；所述第三支管703连接主管701与试验舱3，所述第四支管704连接主管701与加热套管。

燃烧还是未燃烧是换热器排出的热流通道由燃烧室601后经主管701、第二支管702进入燃烧室燃气混合腔换热腔底部，燃烧室燃气出口603与换热腔顶部连通，该结构有利于换热腔内部迅速换热均匀；非循环燃气经主管701、第三支管703和第四支管704后注入加热套管；当不需要预热/保温时经主管701后经第二尾气处理装置705进行余热回收和尾气处理后外排。

优选地，所述换热器2的换热管道201的出口与试验舱3之间通过第五支管连接；所述第三支管703通过所述第五支管与所述试验舱3连接；所述主管701上在靠近燃烧室燃气混合腔热流循环入口604的位置设置有泵，所述主管701上在泵与第二支管702之间、第四支管704与第二尾气处理装置705之间以及第三支管703上、第四支管704上和第五支管上均设置有控制阀。控制阀的作用在于控制热流通道与流向，第三支管703的作用为试验舱出现异常情况时将模拟来流直接经第五支管排出，不再进入试验舱。

分析试验系统的热流需求，在本发明一实施例中，模拟工质的热流需求约3000KW，排气温度为400℃，尾气中的余热较大。为提高热流利用率，缩短试验系统预热时间，在换热器热流出口(主管尾部出口)配置余热蓄热器回收尾气热量。在试验开始阶段，主燃烧器(指加热器的大负荷工作状态)的高温燃烧产物经过换热器加热冷流空气后，经换向阀排入试验舱，预热内舱、外舱、夹具等部件，最后经余热蓄热器排入大气，排气温度降低到200℃以下。测控系统实时检测试验舱温度，达到设定温度后，控制换向阀动作，将换热器热流出口的尾气接入余热蓄热器，经余热回收后排入大气。被加热空气由余热蓄热器预热后接入相应换热器，从而提高了冷流空气的初温，缩短了加热时间。

辅助燃烧器(指加热器的小负荷工作状态)的高温燃气经相应的控制阀门接入换热器，用于精确调控换热器工质出口温度。辅助燃烧器采用分时调节与比例调节相结合的工作模态，对控制参量进行无级调节加热器的小负荷工作状态，保证精度与动态响应的匹配。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种双调模拟热流系统，其特征在于，包括：

热流成分调节腔，具有进水口、进气口、热流循环出口和热流循环入口；进水口连接进水管路，进气口连接进气管路；

换热器，包括换热体，换热体内形成有换热腔，换热腔内设置有所述换热管道，所述换热管道的进口与所述热流成分调节腔的热流循环出口连接，所述换热管道的出口及热流成分调节腔的热流循环入口均连接试验舱。

2.如权利要求1所述的双调模拟热流系统，其特征在于，所述热流成分调节腔热流循环入口与试验舱之间连接有加热管路；

所述换热器的换热腔具有入口和出口，所述换热腔的入口连接燃气供应管路，所述换热腔的出口与加热管路连接以加热试验舱排出的流向热流循环入口的试验热流。

3.如权利要求2所述的双调模拟热流系统，其特征在于，所述加热管路包括连接所述热流成分调节腔热流循环入口与试验舱的第一支管；

所述第一支管上靠近所述热流循环入口的位置设置有出口阀，所述第一支管上靠近试验舱的位置设置有入口阀，所述第一支管上出口阀与入口阀之间的位置设置有热流泵以调节热流流速；

所述第一支管外壁包覆有加热套管，所述加热套管与所述换热腔的出口连接。

4.如权利要求3所述的双调模拟热流系统，其特征在于，所述燃气供应管路包括燃烧室；所述燃烧室具有入口、燃气出口和热流循环入口；

所述燃烧室入口连接有进气装置，所述燃烧室燃气出口与所述换热腔的入口连接，所述燃烧室热流循环入口与循环燃气供应管路连接，所述循环供应管路分别与所述加热套管和换热腔连接。

5.如权利要求4所述的双调模拟热流系统，其特征在于，进气装置包括燃料装置和空气装置；所述燃料装置包括分别与燃烧室连接的主燃料管和辅燃料管；所述空气装置包括分别与燃烧室连接的主空气管和辅空气管；所述主燃料管、辅燃料管、主空气管、辅空气管上均安装有控制阀。

6.如权利要求4所述的双调模拟热流系统，其特征在于，所述循环供应管路包括主管、第二支管、第三支管、第四支管；所述主管连接燃烧室热流循环入口与尾气处理装置；所述第二支管连接主管与换热腔；所述第三支管连接主管与试验舱，所述第四支管连接主管与加热套管。

7.如权利要求6所述的双调模拟热流系统，其特征在于，所述换热器的换热管道的出口与试验舱之间通过第五支管连接；所述第三支管通过所述第五支管与所述试验舱连接；

所述主管上在靠近燃烧室热流循环入口的位置设置有泵，所述主管上在泵与第二支管之间、第四支管与尾气处理装置之间以及第三支管上、第四支管上和第五支管上均设置有控制阀。

8.如权利要求1所述的双调模拟热流系统，其特征在于，所述进气管路包括依次通过管道连接气罐和流量阀，气罐上安装有加注/排放阀、压力表和安全阀，所述气罐与流量阀之间以及流量阀与热流成分调节腔之间的管道上分别安装有控制阀。

9.如权利要求1所述的双调模拟热流系统，其特征在于，所述进水管路包括依次通过管道连接的储液箱、流量阀、泵，储液箱上安装有加注/排放阀和液位计，所述储液箱与流量阀之间以及泵与所述热流成分调节腔之间的管道上分别安装有控制阀。

10.如权利要求9项所述的双调模拟热流系统，其特征在于，所述控制阀包括截止阀，所述泵包括水泵或热流泵。

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