CN116718065B - 用于大型连续式风洞气温均匀性控制的水冷管道安装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高速风洞试验设备技术领域，公开了一种用于大型连续式风洞气温均匀性控制的水冷管道安装方法。安装方法包括安装进水总管、安装一级进水支管、安装下方二级进水支管、安装上方二级进水支管、安装上方回水管、安装下方回水管和安装回水总管。冷却水管道安装方法通过管道的创新布局，实现了换热模块水侧流量的一致性，进而保证通过换热模块空气的温度均匀性；通过多种角度的弯管设计，补偿冷却水温度交替变化引起的管道热变形；通过下方回水管的U型抬升设计，使下层换热模块一直处于充满水的状态，进一步保证空气出口侧气流温度的均匀性。安装方法适用于超大面积换热器、超大流量冷却水、出口气流温度均匀性要求高的水‑气换热场合。

Description

用于大型连续式风洞气温均匀性控制的水冷管道安装方法
技术领域
本发明属于高速风洞试验设备技术领域，具体涉及一种用于大型连续式风洞气温均匀性控制的水冷管道安装方法。
背景技术
大型连续式风洞是一座回流式风洞，主要由压缩机、洞体结构、测控系统、换热器及冷却水系统等组成。压缩机对空气做功产生的热能将导致风洞内空气温度持续上升，需通过换热器和循环水系统不断的对风洞内空气进行冷却，确保设备安全和试验正常开展。
空气温度是影响风洞试验数据的重要参数，在同一截面内的空气温度均匀性控制是关键技术点之一。
当前，亟需发展一种用于大型连续式风洞气温均匀性控制的水冷管道安装方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于大型连续式风洞气温均匀性控制的水冷管道安装方法，用以解决大型连续式风洞气温均匀性控制问题。
本发明的用于大型连续式风洞气温均匀性控制的水冷管道安装方法，包括以下步骤：
S10.安装进水总管；
换热模块为矩形，分为下层换热模块和上层换热模块，换热模块总高度为H，总宽度为L；
位于地面安装平台表面的换热模块的左右对称中心线简称为换热模块的中心线；沿换热模块空气出口方向，在换热模块的中心线上，安装进水总管，进水总管上固定连接三通Ⅰ；
S20.安装一级进水支管；
在三通Ⅰ的左出口，连接左侧一级进水支管；在三通Ⅰ的右出口，连接右侧一级进水支管；
左侧一级进水支管向左侧垂直延伸至风洞的左侧壁，连接一级进水支管弯头Ⅰ进行转向，使得左侧一级进水支管在地面安装平台上，沿平行于中心线的方向，到达风洞的左侧壁的外侧，与风洞的左侧壁的垂直距离为5%L~10%L的位置，向后延伸至换热模块前方；在与换热模块的距离范围为50%H~80%H的位置，再连接一级进水支管弯头Ⅱ进行转向，使得左侧一级进水支管垂直向上延伸；最后连接一级进水支管弯头Ⅲ转向，使得左侧一级进水支管平行于中心线，出口高度为50%H；
右侧一级进水支管与左侧一级进水支管结构相同且对称分布；
S30.安装下方二级进水支管；
在左侧一级进水支管的出口安装三通Ⅱ，三通Ⅱ的下方出口连接左侧下方二级进水支管，左侧下方二级进水支管垂直向下延伸，连接二级进水支管弯头进行转向，使得左侧下方二级进水支管在地面安装平台上，沿平行于中心线的方向，到达风洞的左侧壁的外侧，与风洞的左侧壁的垂直距离为5%L~10%L的位置，向后延伸至换热模块的侧面；再连接二级进水支管弯头Ⅱ进行转向，使得左侧下方二级进水支管位于下层换热模块的下方，并向右延伸至下层换热模块下方的中心点处；同时，在左侧下方二级进水支管上开有与下层换热模块的进水管一一对应的入水口，入水口和下层每一个模块的进水管一一对应连接，保证冷却水均匀流进每个换热模块；
右侧下方二级进水支管与左侧下方二级进水支管结构相同且对称分布；
S40.安装上方二级进水支管；
三通Ⅱ的上方出口连接左侧上方二级进水支管，左侧上方二级进水支管垂直向上延伸，连接二级进水支管弯头Ⅲ进行转向，使得左侧上方二级进水支管在风洞的左侧壁的外侧，与风洞的左侧壁的垂直距离为5%L~10%L的平面上，斜向上延伸，再连接二级进水支管弯头Ⅳ进行转向，使得左侧上方二级进水支管到达上层换热模块的侧面，沿竖直方向向上延伸；最后连接二级进水支管弯头Ⅴ进行转向，使得左侧上方二级进水支管位于上层换热模块的上方，并向右延伸至上层换热模块上方的中心点处；同时，在左侧上方二级进水支管上开有与上层换热模块的进水管一一对应的入水口，入水口与上层换热模块的进水管一一对应连接，保证冷却水均匀流进上层换热模块的每个进水管；
右侧上方二级进水支管与左侧上方二级进水支管结构相同且对称分布；
S50.安装上方回水管；
在上层换热模块的顶部安装上方回水管，上方回水管与上层换热模块的出水管一一对应连接；
S60.安装下方回水管；
在下层换热模块的底部安装下方回水管，下方回水管与下层换热模块的出水管一一对应连接；
S70.安装回水总管；
上方回水管经上方回水管弯头Ⅵ在上层换热模块的左侧转向，向下到达换热模块的中间位置，直接汇入竖直的回水总管；下方回水管经下方回水管弯头Ⅶ在下层换热模块的左侧转向，向上到达换热模块的中间位置，再经下方回水管弯头Ⅷ水平转向，水平汇入竖直的回水总管；竖直的回水总管向下经回水总管弯头Ⅸ，从风洞的左侧壁引出；
左侧一级进水支管与右侧一级进水支管构成第一个Π型冷却水管道；左侧上方二级进水支管与左侧下方二级进水支管构成第二个Π型冷却水管道；右侧上方二级进水支管与右侧下方二级进水支管构成第三个Π型冷却水管道；
冷却水从进水总管进入右侧一级进水支管和左侧一级进水支管，再分别进入右侧下方二级进水支管和左侧下方二级进水支管，以及右侧上方二级进水支管和左侧上方二级进水支管；从右侧下方二级进水支管和左侧下方二级进水支管进入下层换热模块的冷却水，从下向上流到换热模块的中间位置，即下层换热模块的顶部，再从换热模块的中间位置回流至下层换热模块的底部，进入下方回水管；从右侧上方二级进水支管和左侧上方二级进水支管进入上层换热模块的冷却水，从上至下流到换热模块的中间位置，即上层换热模块的底部，再从换热模块的中间位置回流至上层换热模块的顶部，进入上方回水管；下方冷却水在下方回水管内向上抬升至50%H高度后与上方回水管内的冷却水汇合，从回水总管流出进行循环冷却。
进一步地，所述的进水总管、一级进水支管和二级进水支管的内径之比为13:10:7。
进一步地，所述的进水总管的冷却水压力范围为0.5MPa~1.2MPa。
进一步地，所述的左侧一级进水支管和右侧一级进水支管在换热模块中心线两侧左右对称，对应的管道长度相同，高度一致，安装允许误差为±0.1m；左侧上方二级进水支管和右侧上方二级进水支管、左侧下方二级进水支管和右侧下方二级进水支管均在换热模块中心线两侧左右对称，对应的管道长度相同，高度一致，安装允许误差为±0.1m。
进一步地，所述的下方回水管向上抬升至50%H高度后与上方回水管汇合。
进一步地，所述的每组一级进水支管设置有3个弯头，两组一级进水支管共有6个弯头；每组二级进水支管设置有5个弯头，两组二级进水支管共有10个弯头；上方回水管、下方回水管及回水总管共有4个弯头。
本发明的用于大型连续式风洞气温均匀性控制的水冷管道安装方法将冷却水进水总管布置于换热模块的中心线上，能够最大程度地保证换热模块左、右两部分的冷却水流量及供水压力相同。一级进水支管均抬高至换热模块50%高度后，再分别与二级进水支管相连，能够最大程度地保证换热模块上、下两部分的冷却水流量及供水压力相同。二级进水支管在中心线的两侧左右对称布置，能够最大程度地保证换热模块左、右两部分的冷却水流量及供水压力相同。通过下方回水管的U型抬升设计，使下层换热模块一直处于充满水的状态，进一步保证空气出口侧气流温度的均匀性。每组一级进水支管设置有3个弯头，两组一级进水支管共有6个弯头，每组二级进水支管设置有5个弯头，两组二级进水支管共有10个弯头，回水管共有4个弯头，合理的弯头设计能够有效补偿冷却水温度反复变化引起的管道热变形。
本发明的用于大型连续式风洞气温均匀性控制的水冷管道安装方法通过管道的创新布局，实现换热模块水侧流量的一致性，进而保证通过换热模块空气的温度均匀性；通过多种角度的弯管设计，补偿冷却水温度交替变化引起的管道热变形；通过下方回水管的U型抬升设计，使下层换热模块一直处于充满水的状态，进一步保证空气出口侧气流温度的均匀性。
总而言之，本发明的用于大型连续式风洞气温均匀性控制的水冷管道安装方法通过管道布局，实现换热模块水侧流量的一致性，保证换热模块空气侧出口温度的均匀；通过弯管设计，有效补偿冷却水温度反复变化引起的管道热变形。获得的管道布局简单紧凑，适用于超大面积换热器、超大流量冷却水、出口气流温度均匀性要求高的水-气换热场合。
附图说明
图1为本发明的用于大型连续式风洞气温均匀性控制的水冷管道安装方法的流程图；
图2为本发明的用于大型连续式风洞气温均匀性控制的水冷管道安装方法获得的三Π型冷却水管道布局；
图2中，1.进水总管；2.右侧一级进水支管；3.右侧下方二级进水支管；4.下层换热模块；5.右侧上方二级进水支管；6.上方回水管；7.上层换热模块；8.左侧上方二级进水支管；9.左侧下方二级进水支管；10.回水总管；11.下方回水管；12.左侧一级进水支管；
图3为本发明的用于大型连续式风洞气温均匀性控制的水冷管道安装方法获得的三Π型冷却水管道的安装位置。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明。
实施例1：
如图1所示，本实施例的用于大型连续式风洞气温均匀性控制的水冷管道安装方法，包括以下步骤：
S10.安装进水总管1；
换热模块为矩形，分为下层换热模块4和上层换热模块7，换热模块总高度为H，总宽度为L；
位于地面安装平台表面的换热模块的左右对称中心线简称为换热模块的中心线；沿换热模块空气出口方向，在换热模块的中心线上，安装进水总管1，进水总管1上固定连接三通Ⅰ；
S20.安装一级进水支管；
在三通Ⅰ的左出口，连接左侧一级进水支管12；在三通Ⅰ的右出口，连接右侧一级进水支管2；
左侧一级进水支管12向左侧垂直延伸至风洞的左侧壁，连接一级进水支管弯头Ⅰ进行转向，使得左侧一级进水支管12在地面安装平台上，沿平行于中心线的方向，到达风洞的左侧壁的外侧，与风洞的左侧壁的垂直距离为5%L~10%L的位置，向后延伸至换热模块前方；在与换热模块的距离范围为50%H~80%H的位置，再连接一级进水支管弯头Ⅱ进行转向，使得左侧一级进水支管12垂直向上延伸；最后连接一级进水支管弯头Ⅲ转向，使得左侧一级进水支管12平行于中心线，出口高度为50%H；
右侧一级进水支管2与左侧一级进水支管12结构相同且对称分布；
S30.安装下方二级进水支管；
在左侧一级进水支管12的出口安装三通Ⅱ，三通Ⅱ的下方出口连接左侧下方二级进水支管9，左侧下方二级进水支管9垂直向下延伸，连接二级进水支管弯头进行转向，使得左侧下方二级进水支管9在地面安装平台上，沿平行于中心线的方向，到达风洞的左侧壁的外侧，与风洞的左侧壁的垂直距离为5%L~10%L的位置，向后延伸至换热模块的侧面；再连接二级进水支管弯头Ⅱ进行转向，使得左侧下方二级进水支管9位于下层换热模块4的下方，并向右延伸至下层换热模块4下方的中心点处；同时，在左侧下方二级进水支管9上开有与下层换热模块4的进水管一一对应的入水口，入水口和下层每一个模块的进水管一一对应连接，保证冷却水均匀流进每个换热模块；
右侧下方二级进水支管3与左侧下方二级进水支管9结构相同且对称分布；
S40.安装上方二级进水支管；
三通Ⅱ的上方出口连接左侧上方二级进水支管8，左侧上方二级进水支管8垂直向上延伸，连接二级进水支管弯头Ⅲ进行转向，使得左侧上方二级进水支管8在风洞的左侧壁的外侧，与风洞的左侧壁的垂直距离为5%L~10%L的平面上，斜向上延伸，再连接二级进水支管弯头Ⅳ进行转向，使得左侧上方二级进水支管8到达上层换热模块7的侧面，沿竖直方向向上延伸；最后连接二级进水支管弯头Ⅴ进行转向，使得左侧上方二级进水支管8位于上层换热模块7的上方，并向右延伸至上层换热模块7上方的中心点处；同时，在左侧上方二级进水支管8上开有与上层换热模块7的进水管一一对应的入水口，入水口与上层换热模块7的进水管一一对应连接，保证冷却水均匀流进上层换热模块7的每个进水管；
右侧上方二级进水支管5与左侧上方二级进水支管8结构相同且对称分布；
S50.安装上方回水管6；
在上层换热模块7的顶部安装上方回水管6，上方回水管6与上层换热模块7的出水管一一对应连接；
S60.安装下方回水管11；
在下层换热模块4的底部安装下方回水管11，下方回水管11与下层换热模块4的出水管一一对应连接；
S70.安装回水总管10；
上方回水管6经上方回水管弯头Ⅵ在上层换热模块7的左侧转向，向下到达换热模块的中间位置，直接汇入竖直的回水总管10；下方回水管11经下方回水管弯头Ⅶ在下层换热模块4的左侧转向，向上到达换热模块的中间位置，再经下方回水管弯头Ⅷ水平转向，水平汇入竖直的回水总管10；竖直的回水总管10向下经回水总管弯头Ⅸ，从风洞的左侧壁引出；
如图2所示，左侧一级进水支管12与右侧一级进水支管2构成第一个Π型冷却水管道；左侧上方二级进水支管8与左侧下方二级进水支管9构成第二个Π型冷却水管道；右侧上方二级进水支管5与右侧下方二级进水支管3构成第三个Π型冷却水管道；
冷却水从进水总管1进入右侧一级进水支管2和左侧一级进水支管12，再分别进入右侧下方二级进水支管3和左侧下方二级进水支管9，以及右侧上方二级进水支管5和左侧上方二级进水支管8；从右侧下方二级进水支管3和左侧下方二级进水支管9进入下层换热模块4的冷却水，从下向上流到换热模块的中间位置，即下层换热模块4的顶部，再从换热模块的中间位置回流至下层换热模块4的底部，进入下方回水管11；从右侧上方二级进水支管5和左侧上方二级进水支管8进入上层换热模块7的冷却水，从上至下流到换热模块的中间位置，即上层换热模块7的底部，再从换热模块的中间位置回流至上层换热模块7的顶部，进入上方回水管6；下方冷却水在下方回水管11内向上抬升至50%H高度后与上方回水管6内的冷却水汇合，从回水总管10流出进行循环冷却。
进一步地，所述的进水总管1、一级进水支管和二级进水支管的内径之比为13:10:7。
进一步地，所述的进水总管1的冷却水压力范围为0.5MPa~1.2MPa。
进一步地，所述的左侧一级进水支管12和右侧一级进水支管2在换热模块中心线两侧左右对称，对应的管道长度相同，高度一致，安装允许误差为±0.1m；左侧上方二级进水支管8和右侧上方二级进水支管5、左侧下方二级进水支管9和右侧下方二级进水支管3均在换热模块中心线两侧左右对称，对应的管道长度相同，高度一致，安装允许误差为±0.1m。
进一步地，所述的下方回水管11向上抬升至50%H高度后与上方回水管6汇合。
进一步地，所述的每组一级进水支管设置有3个弯头，两组一级进水支管共有6个弯头；每组二级进水支管设置有5个弯头，两组二级进水支管共有10个弯头；上方回水管6、下方回水管11及回水总管10共有4个弯头。
本实施例的大型连续式风洞的换热模块截面尺寸为21m（H）×24.3m（L），换热模块出口的气流温度均匀性要求为△T=Tmax-Tmin≤3K。如图3所示，本发明的用于大型连续式风洞气温均匀性控制的水冷管道安装方法获得的三Π型冷却水管道安装在大型连续式风洞中，水冷管道的前方为空气入口，水冷管道的后方为空气出口，试验气流的空气经水冷管道冷却后，出口气流的温度均匀性完全满足要求。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，在不脱离本发明原理的前提下，可容易地实现另外的改进和润饰，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (4)

1.用于大型连续式风洞气温均匀性控制的水冷管道安装方法，其特征在于，所述的水冷管道安装方法包括以下步骤：
S10.安装进水总管（1）；
换热模块为矩形，分为下层换热模块（4）和上层换热模块（7），换热模块总高度为H，总宽度为L；
位于地面安装平台表面的换热模块的左右对称中心线简称为换热模块的中心线；沿换热模块空气出口方向，在换热模块的中心线上，安装进水总管（1），进水总管（1）上固定连接三通Ⅰ；
S20.安装一级进水支管；
在三通Ⅰ的左出口，连接左侧一级进水支管（12）；在三通Ⅰ的右出口，连接右侧一级进水支管（2）；
左侧一级进水支管（12）向左侧垂直延伸至风洞的左侧壁，连接一级进水支管弯头Ⅰ进行转向，使得左侧一级进水支管（12）在地面安装平台上，沿平行于中心线的方向，到达风洞的左侧壁的外侧，与风洞的左侧壁的垂直距离为5%L~10%L的位置，向后延伸至换热模块前方；在与换热模块的距离范围为50%H~80%H的位置，再连接一级进水支管弯头Ⅱ进行转向，使得左侧一级进水支管（12）垂直向上延伸；最后连接一级进水支管弯头Ⅲ转向，使得左侧一级进水支管（12）平行于中心线，出口高度为50%H；
右侧一级进水支管（2）与左侧一级进水支管（12）结构相同且对称分布；
S30.安装下方二级进水支管；
在左侧一级进水支管（12）的出口安装三通Ⅱ，三通Ⅱ的下方出口连接左侧下方二级进水支管（9），左侧下方二级进水支管（9）垂直向下延伸，连接二级进水支管弯头进行转向，使得左侧下方二级进水支管（9）在地面安装平台上，沿平行于中心线的方向，到达风洞的左侧壁的外侧，与风洞的左侧壁的垂直距离为5%L~10%L的位置，向后延伸至换热模块的侧面；再连接二级进水支管弯头Ⅱ进行转向，使得左侧下方二级进水支管（9）位于下层换热模块（4）的下方，并向右延伸至下层换热模块（4）下方的中心点处；同时，在左侧下方二级进水支管（9）上开有与下层换热模块（4）的进水管一一对应的入水口，入水口和下层每一个模块的进水管一一对应连接，保证冷却水均匀流进每个换热模块；
右侧下方二级进水支管（3）与左侧下方二级进水支管（9）结构相同且对称分布；
S40.安装上方二级进水支管；
三通Ⅱ的上方出口连接左侧上方二级进水支管（8），左侧上方二级进水支管（8）垂直向上延伸，连接二级进水支管弯头Ⅲ进行转向，使得左侧上方二级进水支管（8）在风洞的左侧壁的外侧，与风洞的左侧壁的垂直距离为5%L~10%L的平面上，斜向上延伸，再连接二级进水支管弯头Ⅳ进行转向，使得左侧上方二级进水支管（8）到达上层换热模块（7）的侧面，沿竖直方向向上延伸；最后连接二级进水支管弯头Ⅴ进行转向，使得左侧上方二级进水支管（8）位于上层换热模块（7）的上方，并向右延伸至上层换热模块（7）上方的中心点处；同时，在左侧上方二级进水支管（8）上开有与上层换热模块（7）的进水管一一对应的入水口，入水口与上层换热模块（7）的进水管一一对应连接，保证冷却水均匀流进上层换热模块（7）的每个进水管；
右侧上方二级进水支管（5）与左侧上方二级进水支管（8）结构相同且对称分布；
S50.安装上方回水管（6）；
在上层换热模块（7）的顶部安装上方回水管（6），上方回水管（6）与上层换热模块（7）的出水管一一对应连接；
S60.安装下方回水管（11）；
在下层换热模块（4）的底部安装下方回水管（11），下方回水管（11）与下层换热模块（4）的出水管一一对应连接；
S70.安装回水总管（10）；
上方回水管（6）经上方回水管弯头Ⅵ在上层换热模块（7）的左侧转向，向下到达换热模块的中间位置，直接汇入竖直的回水总管（10）；下方回水管（11）经下方回水管弯头Ⅶ在下层换热模块（4）的左侧转向，向上到达换热模块的中间位置，再经下方回水管弯头Ⅷ水平转向，水平汇入竖直的回水总管（10）；竖直的回水总管（10）向下经回水总管弯头Ⅸ，从风洞的左侧壁引出；
左侧一级进水支管（12）与右侧一级进水支管（2）构成第一个Π型冷却水管道；左侧上方二级进水支管（8）与左侧下方二级进水支管（9）构成第二个Π型冷却水管道；右侧上方二级进水支管（5）与右侧下方二级进水支管（3）构成第三个Π型冷却水管道；
冷却水从进水总管（1）进入右侧一级进水支管（2）和左侧一级进水支管（12），再分别进入右侧下方二级进水支管（3）和左侧下方二级进水支管（9），以及右侧上方二级进水支管（5）和左侧上方二级进水支管（8）；从右侧下方二级进水支管（3）和左侧下方二级进水支管（9）进入下层换热模块（4）的冷却水，从下向上流到换热模块的中间位置，即下层换热模块（4）的顶部，再从换热模块的中间位置回流至下层换热模块（4）的底部，进入下方回水管（11）；从右侧上方二级进水支管（5）和左侧上方二级进水支管（8）进入上层换热模块（7）的冷却水，从上至下流到换热模块的中间位置，即上层换热模块（7）的底部，再从换热模块的中间位置回流至上层换热模块（7）的顶部，进入上方回水管（6）；下方冷却水在下方回水管（11）内向上抬升至50%H高度后与上方回水管（6）内的冷却水汇合，从回水总管（10）流出进行循环冷却；
下方回水管（11）向上抬升至50%H高度后与上方回水管（6）汇合；
所述的水冷管道安装方法将冷却水进水总管布置于换热模块的中心线上，保证换热模块左、右两部分的冷却水流量及供水压力相同；一级进水支管均抬高至换热模块50%高度后，再分别与二级进水支管相连，保证换热模块上、下两部分的冷却水流量及供水压力相同；二级进水支管在中心线的两侧左右对称布置，保证换热模块左、右两部分的冷却水流量及供水压力相同；通过下方回水管的U型抬升设计，使下层换热模块一直处于充满水的状态，保证空气出口侧气流温度的均匀性；每组一级进水支管设置有3个弯头，两组一级进水支管共有6个弯头；每组二级进水支管设置有5个弯头，两组二级进水支管共有10个弯头；上方回水管（6）、下方回水管（11）及回水总管（10）共有4个弯头，弯头设计有效补偿冷却水温度反复变化引起的管道热变形。
2.根据权利要求1所述的用于大型连续式风洞气温均匀性控制的水冷管道安装方法，其特征在于，所述的进水总管（1）、一级进水支管和二级进水支管的内径之比为13:10:7。
3.根据权利要求1所述的用于大型连续式风洞气温均匀性控制的水冷管道安装方法，其特征在于，所述的进水总管（1）的冷却水压力范围为0.5MPa~1.2MPa。
4.根据权利要求1所述的用于大型连续式风洞气温均匀性控制的水冷管道安装方法，其特征在于，所述的左侧一级进水支管（12）和右侧一级进水支管（2）在换热模块中心线两侧左右对称，对应的管道长度相同，高度一致，安装允许误差为±0.1m；左侧上方二级进水支管（8）和右侧上方二级进水支管（5）、左侧下方二级进水支管（9）和右侧下方二级进水支管（3）均在换热模块中心线两侧左右对称，对应的管道长度相同，高度一致，安装允许误差为±0.1m。
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