CN112014420B - 加热设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种针对煤油进行模拟加热的芯体，其包括本体及槽道，所述本体用以通过自身发热对介质进行加热；所述槽道自所述本体的侧表面向靠近所述本体的中心方向凹陷形成，且所述槽道沿所述本体的轴线方向贯穿所述本体，所述槽道用于介质的流通。同时本发明还提供了一种加热设备，其包括所述针对煤油进行模拟加热的芯体及驱动所述芯体发热的驱动线圈。与相关技术相比，本发明提供的针对煤油进行模拟加热的芯体及加热设备能模拟发动机换热槽道表面的热流环境，提高换热面积，从而有效提升试验数据精确性。

Description

加热设备

技术领域

本发明涉及航空航天地面试验模拟设备技术领域，尤其涉及一种加热设备。

背景技术

高超声速飞行器的研制是当今航空航天领域发展的热点，已引起欧美、俄罗斯等国的高度重视。因为高超声速飞行中气流的高速度将给飞行器结构(特别是燃烧室)带来显著的气动力热载荷，未经冷却的燃烧室温度可高达3000K，完全超过已有结构材料的承受能力，所以设计高超声速飞行器的关键在于解决飞行器的热防护与热管理问题。吸热型碳氢燃料(主要指煤油)因性能优异、来源广泛、价格低廉被选作为超燃冲压发动机的再生冷却剂。它除了利于其本身的物理热沉(显热和潜热)外，还可以利用其在气相条件下发生化学反应吸收热量(化学热沉)，即在进入燃烧室之前裂解为小分子产物，裂解过程吸收热量，因而其冷却能力大大增强。

超燃冲压发动机再生冷却系统里，燃料吸收大量热量后温度会上升到临界温度以上，燃料在冷却通道内的流动会经历液态、超临界态等状态，临界点附近燃料的热物理性质、输运特性的剧烈变化将使得其传热特性变得更为复杂。由于飞行马赫数和飞行阶段的不同，吸热型碳氢燃料在冷却通道出口的状态是持续变化的，其有可能是液态、超临界态或裂解态，不同的状态下的热流密度、冷却能力、裂解状态呈现出很大的不同。为了研制煤油再生冷却系统，需要在地面条件下发展一种用于加热煤油的模拟设备，以研究煤油在不同的换热通道热环境下的冷却换热、加热裂解、流动输运等性能。

文献《Catalytic Cracking of China No.3Aviation Kerosene underSupercritical Conditions》(AIAA 2008-5130)公开了一种超临界煤油传热和裂解研究三级加电加热系统方案。博士论文《超燃冲压发动机再生冷却通道内煤油流动与传热特性研究》(王宁，2014年)和《超燃冲压发动机再生冷却通道内热声不稳定特性研究》(王辉，2016年)公开了一种用于单管内煤油加热和流动的电加热方案。从公开的加热方式看，采用电阻加热方式实现对煤油输运管道的热环境模拟是一种煤油管道内流动和传热研究的传统解决方案。然而，现有的电加热方案中瞬时功率要求较高，难以实现对大流量煤油的加热模拟，同时煤油输运管道必须采用良好电阻加热特性的发热管，电阻加热过程和煤油的换热过程相耦合，难以控制换热过程的恒温条件，加热过程温度分布不均匀。而且，只能对简单的圆管流动过程进行电加热模拟，无法模拟实际燃烧室换热槽道的传热过程，直接影响着煤油流动换热和加热裂解成分数据的精确性。

同时更为关键的是，目前几乎所有加热方式下的设备体积都比较庞大，附属系统和设备繁多。发热体设置在一个巨大的加热装置中，煤油受热后再通过输运管道流动至试验用燃烧室。受热煤油向目标地输运过程中，由于管道的冷却作用，其温度参数必然会受到影响。目前一般采用管道电阻加热保温或煤油预先流入预热的方法来维持管道温度的恒定。但这些方法要么需要耗费大量的煤油或能量，要么需要的准备时间太长，试验效率低。在进行加热煤油的地面燃烧实验中，迫切需要一种加热迅速，启动快，结构简单，热流量大的加热设备。

发明内容

针对现有技术中的模拟加热方案在向燃烧室喷注的管路输运过程中难以控制换热过程的恒温条件，加热油向燃烧室燃料喷注口较远，加热过程温度分布不均匀，并且无法模拟实际燃烧室换热槽道的传热过程，影响煤油流动换热和加热裂解成分数据的精确性的技术问题，本发明提供了一种能模拟发动机换热槽道表面的热流环境，提高换热面积，从而有效提升试验数据精确性的针对煤油进行模拟加热的芯体及加热设备。

一种针对煤油进行模拟加热的芯体，其包括：

本体，用以通过自身发热对介质进行加热；

槽道，自所述本体的侧表面向靠近所述本体的中心方向凹陷形成，且所述槽道沿所述本体的轴线方向贯穿所述本体，所述槽道用于介质的流通。

优选的，所述针对煤油进行模拟加热的芯体还包括：

连接部，自所述本体的两端向外延伸形成。

优选的，所述本体呈圆柱状，所述槽道设置有五个，五个所述槽道沿所述本体的周向相互间隔设置。

同时本发明还提供了一种加热设备，其包括：

芯体，包括本体及槽道，所述本体用以通过自身发热对介质进行加热，所述槽道自所述本体的侧表面向靠近所述本体的中心方向凹陷形成，且所述槽道沿所述本体的轴线方向贯穿所述本体，所述槽道用于介质的流通；

驱动线圈，沿所述芯体的长度方向环绕所述芯体设置，用以驱动所述本体发热。

优选的，所述加热设备还包括：

槽道外圈，环绕所述本体的侧表面设置，且将所述槽道的侧边区域封闭。

优选的，所述加热设备还包括：

端盖，设置有两个，两所述端盖分别设置于所述芯体的两端，所述端盖具有导流空间，所述导流空间与所述槽道相连通；

连接螺杆组件，设置于所述驱动线圈的外侧，连接两所述端盖，将两所述端盖紧固。

优选的，所述加热设备还包括：

喷嘴，设置于一个所述端盖；

单向阀，设置于另一个所述端盖；

过滤器，与所述单向阀的远离所述端盖的一端连接。

优选的，所述加热设备还包括：

隔热层，设置于所述槽道外圈与所述驱动线圈之间，用以阻挡所述芯体热量的传导。

所述端盖靠近所述槽道外圈一侧设置有密封环，所述密封环与所述槽道外圈紧密连接。

优选的，所述芯体还包括：

连接部，自所述本体的两端向外延伸形成；

所述加热设备还包括导流锥，所述导流锥设置于所述连接部上。

优选的，所述本体呈圆柱状，所述槽道设置有五个，五个所述槽道沿所述本体的周向相互间隔设置。

与相关技术相比，本发明提供的针对煤油进行模拟加热的芯体通过在所述本体上开设所述槽道，所述槽道自所述本体的侧表面向靠近所述本体的中心方向凹陷形成，且所述槽道沿所述本体的轴线方向贯穿所述本体，介质可通过所述槽道在所述芯体上流动，通过在所述芯体上开设所述槽道可以模拟发动机换热槽表面的热流环境，同时也使得介质受热的面积更大，提高换热面积，从而有效提升试验数据的精确性。

本发明提供的加热设备通过所述驱动线圈驱动所述芯体发热，并且在所述芯体开设所述槽道，所述槽道自所述本体的侧表面向靠近所述本体的中心方向凹陷形成，且所述槽道沿所述本体的轴线方向贯穿所述本体，介质可通过所述槽道在所述芯体上流动，通过在所述芯体上开设所述槽道可以模拟发动机换热槽表面的热流环境，同时也使得介质受热的面积更大，提高换热面积，从而有效提升试验数据的精确性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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获得其他的附图。

图1为一种实施例提供的加热设备立体结构示意图；

图2为图1所示加热设备的分解结构示意图；

图3为沿图1所示加热设备的剖面结构示意图；

图4为图1所示芯体的立体结构示意图；

图5为图1所示端盖的结构示意图；

图6为图1所示VI区域的局部放大图；

图7为图1所示导流锥的立体结构示意图；

图8为图1所示加热设备的一种优选实施例的立体结构示意图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上，它可以直接在另一个元件上或者间接设置在另一个元件上；当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至另一个元件上。

须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

本发明提供了一种针对煤油进行模拟加热的芯体，其包括本体及槽道，所述本体用以通过自身发热对介质进行加热；所述槽道自所述本体的侧表面向靠近所述本体的中心方向凹陷形成，且所述槽道沿所述本体的轴线方向贯穿所述本体，所述槽道用于介质的流通。本发明提供的针对煤油进行模拟加热的芯体可以模拟发动机换热槽表面的热流环境，同时也使得介质受热的面积更大，提高换热面积，从而有效提升试验数据的精确性。

同时本发明还提供了一种加热设备，其包括芯体及驱动线圈，所述芯体包括本体及槽道，所述本体用以通过自身发热对介质进行加热，所述槽道自所述本体的侧表面向靠近所述本体的中心方向凹陷形成，且所述槽道沿所述本体的轴线方向贯穿所述本体，所述槽道用于介质的流通；所述驱动线圈沿所述芯体的长度方向环绕所述芯体设置，用以驱动所述本体发热。本发明提供的加热设备可以模拟发动机换热槽表面的热流环境，同时也使得介质受热的面积更大，提高换热面积，从而有效提升试验数据的精确性。

请结合参阅图1至图7。本实施例提供了一种加热设备100，所述加热设备100为用于加热介质的模拟设备，以研究介质在不同的换热通道热环境下的冷却换热、加热裂解、流动输运等性能。具体的，在本实施例中，所述加热设备100为通过电磁加热的方式加热煤油的模拟设备，即所述加热设备100为针对煤油进行模拟加热的设备，以研究煤油在不同的换热通道热环境下的冷却换热、加热裂解、流动输运等性能。所述加热设备100包括芯体10、驱动线圈20、槽道外圈30、端盖40、连接螺杆组件50、隔热层60及导流锥70，所述驱动线圈20环绕在所述芯体10外侧且与所述芯体10相互间隔，所述驱动线圈20用以驱动所述芯体10发热，所述芯体10用以对流经的介质进行加热，所述芯体10具体为针对煤油进行模拟加热的芯体，所述槽道外圈30环绕在所述芯体10外侧并与所述芯体10共同围成用于介质流经的流道。所述端盖40设置在所述芯体10、所述驱动线圈20及所述槽道外圈30的两端，用以将所述芯体10、所述驱动线圈20及所述槽道外圈30位置限制。所述连接螺杆组件50用于连接位于两端的所述端盖40，将两端的端盖40相互连接，从而将两端的端盖40紧固。所述隔热层60设置在所述驱动线圈20与所述槽道外圈30之间，用于阻挡所述芯体10的热量传导，保护所述驱动线圈20。所述导流锥70连接在所述芯体10的两端，用于对介质进行导流。

所述芯体10包括本体11、开设于所述本体11上的槽道12及设置于所述本体11上的连接部13，所述本体11用以通过自身发热对介质进行加热，所述槽道12自所述本体11的侧表面向靠近所述本体11的中心方向凹陷形成，且所述槽道12沿所述本体11的轴线方向贯穿所述本体11，从而介质可以通过所述槽道12流经所述芯体10。所述连接部13自所述本体11的两端向外延伸形成，即所述连接部13设置有两个，两所述连接部13分别设置于所述本体11的两端。

在本实施例中，所述本体11呈圆柱状，所述槽道12设置有五个，五个所述槽道12沿所述本体11的周向相互间隔设置。当然，在其他实施例中，所述本体11还可呈其他任意形状，如长方体、棱柱等，甚至所述本体11还可呈其他任意所需的异形结构。同时，所述槽道12的设置数量以及设置方式也可作相应的调整，如所述槽道12的数量可以设置为更多或者更少，并且各相邻的两所述槽道12之间的间隔距离可以逐渐增加或者逐渐减少，甚至各相邻的两所述槽道12之间的间隔距离可以无序设置。

所述驱动线圈20沿所述芯体10的长度方向环绕所述芯体10设置，且与所述芯体10相互间隔，所述驱动线圈20用以驱动所述芯体10发热。具体的，所述芯体10为铁磁性芯体，所述驱动线圈20为电磁线圈，更具体的，所述驱动线圈20可采用铜线圈。所述驱动线圈20的两端设置有接线柱21，所述接线柱21用于外接高频电路，从而在高频电场的感应下，所述本体11表面形成涡流电场，所述本体11表面产生热效应。所述本体11表面上由电能产生的热量被流经所述槽道12的介质吸收，从而介质的温度得以升高，实现对介质的加热。可以理解的是，由于在所述芯体10上设置有所述槽道12，从而可以模拟发动机换热槽表面的热流环境，使得介质三面受热，提高了换热面积。

可以理解的是，在本实施例中，所述槽道12截面整体呈梯形。当然，在其他实施例中，所述槽道12还可呈其他任意形状，如所述槽道12的截面可呈矩形、三角形、半圆形、半椭圆形等。也就是说，所述槽道12的形状可根据实际需求进行选择，而本实施例中，所述槽道12截面整体呈梯形可以更好的增加换热面积，使所述芯体10更好的对介质进行加热。

所述槽道外圈30环绕所述本体11的侧表面设置，且将所述槽道12的侧边区域封闭。即所述槽道外圈30紧贴所述本体11的侧表面设置，并将所述槽道12的远离所述本体11中心的一侧封闭，从而所述槽道外圈30与所述本体11配合将所述槽道12形成一个两端具有开口的流道。通过所述槽道外圈30可以良好的避免流经所述槽道12的介质的溢出，确保了所述加热设备100的密封性能。具体的，所述槽道外圈30由非铁磁性的金属材料制成，如铝、不锈钢等。

所述端盖40设置有两个，两所述端盖40分别设置于所述芯体10的两端，所述端盖40内具有导流空间41，所述导流空间41与所述槽道12相互连通。具体的，一个所述端盖40位于介质的入口端，一个所述端盖40位于介质的出口端，介质从入口端经过一个所述端盖40内的所述导流空间41后进入至所述槽道12，在所述槽道12中被所述本体11加热，然后继续流动至另一个所述端盖40内的导流空间41后流出所述加热设备100。

所述导流空间41包括远离所述芯体10一侧的第一导流空间411及连通所述第一导流空间411与所述槽道12的第二导流空间412，所述连接部13与所述导流锥70位于所述第二导流空间412内。具体的，所述第二导流空间412的体积大于所述第一导流空间411的体积，从而可以便于介质的流动。

优选的，所述端盖40靠近所述槽道外圈30一侧设置有密封环42，所述密封环42与所述槽道外圈30紧密连接。可以理解的是，通过设置所述密封环42与所述槽道外圈30紧密连接，可以有效防止介质从所述端盖40与所述槽道外圈30的连接处泄露，从而保障了所述加热设备100整体的密封性。

所述连接螺杆组件50设置于所述驱动线圈20的外侧，连接两所述端盖40将两所述端盖40紧固。具体的，所述端盖40外侧设置有安装盘43，所述连接螺杆组件50分别与两所述端盖40的所述安装盘43连接，将两所述端盖40紧固。所述连接螺杆组件50包括螺杆51及与所述螺杆51螺纹连接的螺母52，在本实施例中，所述螺杆51与所述螺母52设置有多组，每根所述螺杆51上分别连接有两个所述螺母52，两所述螺母52对应两所述端盖40设置。

所述隔热层60设置于所述槽道外圈30与所述驱动线圈20之间，所述隔热层60用以阻挡所述芯体10的热量的传导。通过设置所述隔热层60可以有效防止所述芯体10的热量传导至所述驱动线圈20上，从而可以有效避免所述驱动线圈20的损坏。

所述导流锥70设置有两个，两所述导流锥70分别对应设置于两所述连接部13上。具体的，所述导流锥70位于所述第二导流空间412内，且所述导流锥70与所述连接部13螺纹连接。所述导流锥70包括与所述连接部13连接的连接端71、与所述连接端71连接的过渡端72及与所述过渡端72连接的尖端73，所述过渡端72连接于所述连接端71的远离所述本体11的一侧，所述尖端73连接于所述过渡端72的远离所述连接端71的一侧，所述过渡端72的外表面呈圆弧状。通过所述尖端73与所述过渡端72可以更好的对介质进行导流，从而使得介质能更好的进入至所述槽道12中。

具体的，在本实施例中，所述加热设备100还包括连接于所述端盖40远离所述芯体10一侧的接头80。介质从一端的所述接头80流入至所述端盖40的所述导流空间41，再流入至所述槽道12内进行加热，并从另一端的所述端盖40的所述导流空间41流出至另一端的所述接头80。

请结合参阅图8。优选的，所述加热设备100还包括喷嘴90、单向阀110及过滤器120，所述喷嘴90设置于一个所述端盖40，所述单向阀110设置于另一个所述端盖40，所述过滤器120与所述单向阀110的远离所述端盖40的一端连接。具体的，在本实施例中，所述喷嘴90通过所述接头80与所述端盖40连接，所述单向阀110通过所述接头80与所述端盖40连接，所述过滤器120与所述单向阀110之间通过接头相互连接。所述过滤器120用以对煤油中的杂质进行过滤，从而可以有效的防止下游管道堵塞，有效的保障了所述加热设备100的正常运行。所述单向阀110用以防止实验过程中燃油因受热造成输运堵塞而发生热煤油导流现象，有效的确保了所述加热设备100的正常稳定运行，并且也保障了安全性。可以理解的是，由于常规方法中加热体距离喷嘴的管路很多，本实施例中，所述喷嘴90设置于整个设备的出料口处，从而加热后的煤油直接连接所述喷嘴90，避免了常规方法中加热体和喷嘴之间距离太长而造成热量损失的问题，即本实施例中，将所述喷嘴90直接设置于靠近所述芯体10的端部，从而有效的缩短了路径，避免热量损失。具体的，所述喷嘴90的直径范围在0.5mm～3mm之间。本实施例提供的所述加热设备100电磁加热启动迅速，不需要预热过程，电导线与煤油介质不接触，避免了漏电的风险。并且加热体结构简单，体积占用空间小，可以安装在燃烧室旁，高温煤油的输运距离短，热损失小，特别适用于单个实验喷嘴的瞬间短时加热。

与相关技术相比，本发明提供的针对煤油进行模拟加热的芯体通过在所述本体上开设所述槽道，所述槽道自所述本体的侧表面向靠近所述本体的中心方向凹陷形成，且所述槽道沿所述本体的轴线方向贯穿所述本体，介质可通过所述槽道在所述芯体上流动，通过在所述芯体上开设所述槽道可以模拟发动机换热槽表面的热流环境，同时也使得介质受热的面积更大，提高换热面积，从而有效提升试验数据的精确性。

本发明提供的加热设备通过所述驱动线圈驱动所述芯体发热，并且在所述芯体开设所述槽道，所述槽道自所述本体的侧表面向靠近所述本体的中心方向凹陷形成，且所述槽道沿所述本体的轴线方向贯穿所述本体，介质可通过所述槽道在所述芯体上流动，通过在所述芯体上开设所述槽道可以模拟发动机换热槽表面的热流环境，同时也使得介质受热的面积更大，提高换热面积，从而有效提升试验数据的精确性。

以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种加热设备，其特征在于，包括：

针对煤油进行模拟加热的芯体，所述芯体包括本体、槽道及连接部，所述本体用以通过自身发热对介质进行加热，所述槽道自所述本体的侧表面向靠近所述本体的中心方向凹陷形成，且所述槽道沿所述本体的轴线方向贯穿所述本体，所述槽道用于介质的流通，所述连接部自所述本体的两端向外延伸形成，所述本体呈圆柱状，所述槽道设置有五个，五个所述槽道沿所述本体的周向相互间隔设置；

驱动线圈，沿所述芯体的长度方向环绕所述芯体设置，用以驱动所述芯体发热；

槽道外圈，环绕所述本体的侧表面设置，且将所述槽道的侧边区域封闭；

端盖，设置有两个，两所述端盖分别设置于所述芯体的两端，所述端盖具有导流空间，所述导流空间与所述槽道相连通，所述端盖靠近所述槽道外圈一侧设置有密封环，所述密封环与所述槽道外圈紧密连接；

连接螺杆组件，设置于所述驱动线圈的外侧，连接两所述端盖，将两所述端盖紧固；

喷嘴，设置于一个所述端盖；

单向阀，设置于另一个所述端盖；

过滤器，与所述单向阀的远离所述端盖的一端连接；

隔热层，设置于所述槽道外圈与所述驱动线圈之间，用以阻挡所述芯体热量的传导；

导流锥，设置于所述连接部上。

Images