CN113236440A - 一种螺旋盘管换热器结构及核能和化学能混合发动机 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种用于核能和化学能混合发动机的螺旋盘管换热器结构，包括：均采用高温合金经3D打印加工而成的内管体、外管体、和多组螺旋盘管束；所述外管体套在所述内管体外；每组所述螺旋盘管束的两端均分别为液态金属入口和液态金属出口，每组所述螺旋盘管束位于所述外管体和所述内管体之间，每组所述螺旋盘管束套在所述内管体外；所述液态金属入口和所述液态金属出口均延伸至所述外管体外。
Description
技术领域
本公开涉及核反应堆换热器技术领域，尤其涉及一种螺旋盘管换热器结构及具有该螺旋盘管换热器结构的核能和化学能混合发动机。
背景技术
核能航空发动机是利用核燃料裂变后发生的巨大能量为飞机提供动力的发动机，配装核能航空发动机的飞机具有超远航程、超长航时等优点，无需空中补充燃料即可飞至地球表面的任何地方，滞空时间可以超过1个月。而核能和化学能混合循环的航空发动机，主要针对核安全性，采用地面起飞用化学能、空中巡航用核能的混合循环模式。
换热器是核反应堆的热量转换枢纽，然而现有技术中，尚未见应用于核能和化学能混合循环发动机的换热器。本发明的目的在于提供一种应用于核能和化学能混合循环发动机的螺旋盘管换热器。
发明内容
为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开提供了一种螺旋盘管换热器结构及具有该螺旋盘管换热器结构的核能和化学能混合发动机。
根据本公开的一个方面，一种螺旋盘管换热器结构，包括：内管体、外管体、和多组螺旋盘管束；
所述外管体套在所述内管体外；
每组所述螺旋盘管束的两端均分别为液态金属入口和液态金属出口，每组所述螺旋盘管束位于所述外管体和所述内管体之间，每组所述螺旋盘管束套在所述内管体外；
所述液态金属入口和所述液态金属出口均延伸至所述外管体外。
根据本公开的至少一个实施方式，所述内管体、外管体、和多组螺旋盘管束均采用高温合金经3D打印加工而成。
根据本公开的至少一个实施方式，还包括:采用高温合金经3D打印加工而成的支板；
所述支板设置在所述内管体和所述外管体之间；
所述支板沿其板面方向的两侧分别连接至所述内管体和所述外管体；
所述支板的板面设有供螺旋盘管束穿过的通孔。
根据本公开的至少一个实施方式，所述支板设有多个；多个所述支板沿周向均匀布置。
根据本公开的至少一个实施方式，所述内管体的直径等于核能和化学能混合发动机的压气机的出口直径。
根据本公开的至少一个实施方式，所述外管体沿其轴向延伸形成有过渡段，所述过渡段与核能和化学能混合发动机的压气机外径连接。
根据本公开的至少一个实施方式，所述内管体采用自由约束。
根据本公开的一个方面，一种核能和化学能混合发动机，包括前述任一项所述的螺旋盘管换热器结构。
本发明的有益效果是：
本公开的螺旋盘管换热器结构属于间壁式换热器，工作介质采用液态金属；采用液态金属进行换热，热容大、安全裕度高；
来自压气机的高压空气沿着水平方向流入内管体和外管体之间的区域，冲刷螺旋盘管束外壁，最后沿着水平方向流出；来自核反应堆的液态金属通过外管体四周的液态金属入口进入各个螺旋盘管束内部，和螺旋盘管束外部的高压空气进行换热，随后，液态金属离开本公开的螺旋盘管换热器结构，重新进入核反应堆；
为了保证螺旋盘管束内部的流速在合适的范围，同时提高系统的冗余度，采用多组螺旋盘管束；本公开的螺旋盘管换热器结构采用高温合金通过3D打印制造加工，结构更加紧凑，更加便于应用于核能和化学能混合发动机；为了防止螺旋盘管束在液态金属重力作用下弯曲变形，在内管体和外管体之间设置支板，通过支板上的支撑孔的支撑螺旋管束，保证螺旋管束的强度；
附图说明
附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
图1是根据本公开的实施方式的螺旋盘管换热器结构的示意图。
图2是用过中轴线的平面剖切图1所示的螺旋盘管换热器结构的示意图。
图3是图1所示的螺旋盘管换热器结构中支板的示意图。
附图标记：1-螺旋盘管束；2-外管体；3-内管体；4-支板。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。
根据本公开的第一实施方式，提供了一种螺旋盘管换热器结构，包括：内管体3、外管体2、和多组螺旋盘管束1；外管体2套在内管体3外；每组螺旋盘管束1的两端均分别为液态金属入口和液态金属出口，每组螺旋盘管束1位于外管体2和内管体3之间，每组螺旋盘管束1套在内管体3外；液态金属入口和液态金属出口均延伸至外管体2外。
在一个实施方式中，内管体3、外管体2、和多组螺旋盘管束1均采用高温合金经3D打印加工而成。
需要说明的是，高温合金在本领域是指，以铁、镍、钴为基，能在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料。
设置多组螺旋盘管束1，确保液态金属在螺旋管束内的流速在合适的范围内，同时提高了整个系统的冗余度。
螺旋盘管束1的组数根据实际情况确定，在一个实施方式中，设置4组螺旋盘管束1。
在液态金属的重力作用下，螺旋盘管束1可能会发生弯曲变形，为此，在一个实施方式中，在内管体3和外管体2之间设置有支板4，支板4采用高温合金经3D打印加工而成的；支板4沿其板面方向的两侧分别连接至内管体3和外管体2；支板4的板面设有供螺旋盘管束1穿过的通孔。从而利用通孔的孔壁支撑螺旋盘管束1，避免螺旋盘管束1变形。
在一个实施方式中，支板4设有多个；多个支板4沿周向均匀布置，支板4之间支撑的螺旋管束更短，极大地降低了螺旋管束变形的风险。
在一个实施方式中，内管体3的直径等于核能和化学能混合发动机的压气机的出口直径，便于内管体3与压气机的出口对接。
在一个实施方式中，外管体2沿其轴向延伸形成有过渡段，过渡段与核能和化学能混合发动机的压气机外径连接。
内管体3采用自由约束，以避免热应力过大导致的失效。
本公开还提供了一种具有前述任一项所述的螺旋盘管换热器结构的核能和化学能混合发动机。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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。在本申请的描述中，“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。
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。
Claims (8)
1.一种螺旋盘管换热器结构，其特征在于，包括：内管体(3)、外管体(2)、和多组螺旋盘管束(1)；
所述外管体(2)套在所述内管体(3)外；
每组所述螺旋盘管束(1)的两端均分别为液态金属入口和液态金属出口，每组所述螺旋盘管束(1)位于所述外管体(2)和所述内管体(3)之间，每组所述螺旋盘管束(1)套在所述内管体(3)外；
所述液态金属入口和所述液态金属出口均延伸至所述外管体(2)外。
2.如权利要求1所述的螺旋盘管换热器结构，其特征在于，所述内管体(3)、外管体(2)、和多组螺旋盘管束(1)均采用高温合金经3D打印加工而成。
3.如权利要求1所述的螺旋盘管换热器结构，其特征在于，还包括:采用高温合金经3D打印加工而成的支板(4)；
所述支板(4)设置在所述内管体(3)和所述外管体(2)之间；
所述支板(4)沿其板面方向的两侧分别连接至所述内管体(3)和所述外管体(2)；
所述支板(4)的板面设有供螺旋盘管束(1)穿过的通孔。
4.如权利要求3所述的螺旋盘管换热器结构，其特征在于，所述支板(4)设有多个；多个所述支板(4)沿周向均匀布置。
5.如权利要求1-4任一项所述的螺旋盘管换热器结构，其特征在于，所述内管体(3)的直径等于核能和化学能混合发动机的压气机的出口直径。
6.如权利要求1-4任一项所述的螺旋盘管换热器结构，其特征在于，所述外管体(2)沿其轴向延伸形成有过渡段，所述过渡段与核能和化学能混合发动机的压气机外径连接。
7.如权利要求1-4任一项所述的螺旋盘管换热器结构，其特征在于，所述内管体(3)采用自由约束。
8.一种核能和化学能混合发动机，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的螺旋盘管换热器结构。
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|---|---|---|---|---|
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| CN111832201A (zh) * | 2020-06-23 | 2020-10-27 | 西安交通大学 | 液态金属螺旋管蒸汽发生器两侧冷却与蒸发耦合计算方法 |
| CN111828198A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-10-27 | 哈尔滨工业大学 | 一种喷气式发动机液态金属朗肯循环热电转换装置 |
| CN112696271A (zh) * | 2020-12-29 | 2021-04-23 | 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 | 一种回热循环发动机 |
Non-Patent Citations (1)
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|---|
| 叶蕾等: ""核能航空发动机的发展"", 《飞航导弹》 * |
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