CN114278928B - 实现矩形中心向四周均匀分流的进气导流结构及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种实现矩形中心向四周均匀分流的进气导流结构及方法，属于换热器设计技术领域。本发明通过流路布局设计实现了对换热器进口气流进行整流，使其均匀分流至矩形四条边，同时能够提高换热器在高温高压下的承压能力，进一步地，还增加了换热面积，可以更好地增强换热效果。

Description

实现矩形中心向四周均匀分流的进气导流结构及方法

技术领域

本发明属于换热器设计技术领域，具体涉及一种实现矩形中心向四周均匀分流的进气导流结构及方法。

背景技术

Li/SF6燃烧换热系统作为一种水下动力装置的重要组成部分，其特性在于高能量密度和高比能，并且在常压下其产物保持固态特征，可实现真正闭式循环。然而Li/SF6反应十分剧烈，燃烧室壳体外壁面温度可达1000K以上。

换热器作为Li/SF6燃烧换热系统的一部分，其作用有如下两个：一是换热器内工质从壳体壁面吸热升温，以进入下一部件做功；二是降低壳体壁面温度，保护燃烧室安全稳定运行，起热防护的作用。为保证高温高压下的流动换热性能及结构完整性，换热器采用翅片形式，燃烧系统截面尺寸为1500mm*700mm，与翅片尺寸量级相差悬殊，因此保证换热器进气后均匀分流十分关键。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何对由换热器中心进入的气流进行整流，使其均匀分流至矩形四条边，并降低流阻，同时增加换热器强度。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种实现矩形中心向四周均匀分流的进气导流方法，该方法中，在燃烧室底面布置四部分换热翅片，未布置换热翅片的通道呈X形，形成X形流路，使得气流由燃烧室底面中心进入后向X形流路分流，同时沿各换热翅片的通道向各边分流，气流在换热翅片中以垂直于矩形边的方向流动。

优选地，所述换热翅片设计为平直翅片。

优选地，所述平直翅片的规格设计为节距sf＝2mm，高度hf＝2.5mm。

本发明还提供了一种利用所述的方法设计得到的进气导流结构。

优选地，该结构为在燃烧室底面布置四部分换热翅片后所形成的X形流路结构以及四部分换热翅片本身所形成的分流通道。

本发明还提供了一种换热器，包括所述的进气导流结构。

本发明还提供了一种燃烧换热系统，包括所述的换热器。

优选地，所述系统为Li/SF6燃烧换热系统。

本发明还提供了一种水下动力装置，包括所述的Li/SF6燃烧换热系统。

(三)有益效果

本发明通过流路布局设计实现了对换热器进口气流进行整流，使其均匀分流至矩形四条边，同时能够提高换热器在高温高压下的承压能力，进一步地，还增加了换热面积，可以更好地增强换热效果。

附图说明

图1为本发明设计的燃烧室底部均匀分流结构模型；

图2为本发明设计的翅片结构模型；

图3为本发明仿真得到的流场流线图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

Li/SF6换热系统的总体布局基于燃烧室结构设计，燃烧室截面尺寸为1500mm*700mm，主要换热区域为燃烧室底面及侧壁。

冷却工质(气流)由燃烧室底面中心进气，在燃烧室底面进行换热及分流，冷却工质均匀流动至燃烧室四周侧壁。因此，本发明提供的一种由矩形中心向四周均匀分散的进气导流方法是在燃烧室底面采用X形流路设计，所形成的均匀分流结构模型如图1所示，且在各流路分支间布置节距sf＝2mm,高度hf＝2.5mm的平直翅片作为换热翅片，共四部分换热翅片，其中图1中左侧翅片的形式如图2所示，气流由燃烧室底面中心进入后向X形流路分流，同时沿各平直翅片的通道向各边分流，气流在平直翅片中以垂直于矩形边的方向流动，均匀分流的同时也增大了底部的换热面积，从而提高了进气通道的承压能力。

其中，四部分平直翅片按图1所示布置，未布置平直翅片的通道呈X形，目的是平衡由燃烧室底面中心到矩形四条边上各点的压力损失，流动损失包括沿程损失和局部损失，通过该均匀分流结构设计，使流体流路越长，沿程损失越大，局部损失越小；流体流路越短，沿程损失越小，局部损失越大，因此冷却工质由燃烧室底面中心进入后，在矩形平面内均匀流动，同时，布置平直翅片后大大提高了冷却工质与燃烧室壳体的换热面积，换热器吸热能力提高，使燃烧室壳体壁温降低，平直翅片规格的选择需与燃烧室参数耦合，防止壁面超温，同时考虑流阻要求，高温高压下的结构强度要求等，平直翅片规格设计为节距sf＝2mm，高度hf＝2.5mm，十分细密，布置在燃烧室壳体与盖板之间，同时还能起加强筋的作用，大大提高了进气通道在高温高压下的承压能力。

通过对图1所示矩形中心向四周均匀分流的进气导流模型进行仿真，得到流场流线图如图3所示，可以看出，分流较均匀。同时，由计算可得该进气分流方案在设计点的总压恢复系数为99.92％，冷却工质在燃烧室底部实现温升200K，耐压4MPa。

本发明还提供了一种通过上述方法设计得到的由矩形中心向四周均匀分散的进气导流结构，包括在燃烧室底面布置四部分平直翅片后所形成的X形流路结构以及四部分平直翅片本身所形成的分流通道。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种实现矩形中心向四周均匀分流的进气导流方法，其特征在于，该方法应用于Li/SF6燃烧换热系统，该方法中，在燃烧室底面布置四部分换热翅片，未布置换热翅片的通道呈X形，形成X形流路，使得气流由燃烧室底面中心进入后向X形流路分流，同时沿各换热翅片的通道向各边分流，气流在换热翅片中以垂直于矩形边的方向流动；

所述换热翅片设计为平直翅片；

所述平直翅片的规格设计为节距sf＝2mm，高度hf＝2.5mm。

2.一种利用权利要求1所述的方法设计得到的进气导流结构。

3.如权利要求2所述的结构，其特征在于，该结构为在燃烧室底面布置四部分换热翅片后所形成的X形流路结构以及四部分换热翅片本身所形成的分流通道。

4.一种换热器，其特征在于，包括如权利要求2或3所述的进气导流结构。