CN204286740U - 液态空气气源节能高效风洞装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种液态空气气源节能高效风洞装置，其液态空气储罐与高压超低温泵相连，高压超低温泵通过高压液态空气管路与气化装置相连，气化装置通过高压气路与高压空气室相连，高压空气室左端连接有进气罩，高压空气室内设置有喉道，喉道左端与高压空气室之间形成有气隙，喉道通过回气管与进气罩相连，回气管上设置有排气管，排气管上设置有排气阀。本实用新型采用液态空气吸收环境热，膨胀产生的高压气体作为驱动气体，利用流体力学附壁效应的原理实现大的气流，大幅度地降低能耗,降低使用成本，容易实现低温环境的模拟和负压情况下的风洞实验。
Description
技术领域
本实用新型涉及风洞技术领域，具体涉及一种液态空气气源节能高效风洞装置。
背景技术
风洞实验是飞行器研制工作中的一个不可缺少的组成部分。它不仅在航空和航天工程的研究和发展中起着重要作用，随着工业空气动力学的发展，在交通运输、房屋建筑、风能利用等领域更是不可或缺的。这种方法，流动条件容易控制，可重要依据是运动的相对性原理。实验时，常将模型或实物固定在风复地、经济地取得实验数据。
为使实验结果准确，实验时的流动必须与实际流动状态相似，即必须满足相似律的要求。但由于风洞尺寸和动力的限制，在一个风洞中同时模拟所有的相似参数是很困难的，通常是按所要研究的课题，选择一些影响最大的参数进行模拟。
此外，风洞实验段的流场品质，如气流速度分布均匀度、平均气流方向偏离风洞轴线的大小、沿风洞轴线方向的压力梯度、截面温度分布的均匀度、气流的湍流度和噪声级等必须符合一定的标准，并定期进行检查测定。
风洞主要由洞体、驱动系统和测量控制系统组成，各部分的形式因风洞类型而不同。
低速风洞,它有一个能对模型进行必要测量和观察的实验段。实验段上游有提高气流匀直度、降低湍流度的稳定段和使气流加速到所需流速的收缩段或喷管。实验段下游有降低流速、减少能量损失的扩压段和将气流引向风洞外的排出段或导回到风洞入口的回流段。有时为了降低风洞内外的噪声，在稳定段和排气口等处装有消声器。
风洞的驱动系统共有两类：
一类是由可控电机组和由它带动的风扇或轴流式压缩机组成。风扇旋转或压缩机转子转动使气流压力增高来维持管道内稳定的流动。改变风扇的转速或叶片安装角，或改变对气流的阻尼，可调节气流的速度。直流电动机可由交直流电机组或可控硅整流设备供电。它的运转时间长，运转费用较低，多在低速风洞中使用。使用这类驱动系统的风洞称连续式风洞，但随着气流速度增高所需的驱动功率急剧加大，例如产生跨声速气流每平方米实验段面积所需功率约为4000千瓦，产生超声速气流则约为16000～40000千瓦。
另一类是用小功率的压气机事先将空气增压贮存在贮气罐中，或用真空泵把与风洞出口管道相连的真空罐抽真空，实验时快速开启阀门，使高压空气直接或通过引射器进入洞体或由真空罐将空气吸入洞体，因而有吹气、引射、吸气以及它们相互组合的各种形式。使用这种驱动系统的风洞称为暂冲式风洞。暂冲式风洞建造周期短，投资少，一般[[雷诺数]]较高，它的工作时间可由几秒到几十秒，多用于跨声速、超声速和高超声速风洞。对于实验时间小于 1秒的脉冲风洞还可通过电弧加热器或激波来提高实验气体的温度，这样能量消耗少，模拟参数高。
而目前现有的风洞试验系统能耗大、使用成本高，不容易做低温、负压等特殊状况，亟需要一种方法和装置来解决这个问题。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型提供液态空气气源节能高效风洞装置，采用液态空气吸收环境热，膨胀产生的高压气体作为驱动气体，利用流体力学附壁效应的原理实现大的气流，大幅度地降低能耗,降低使用成本，容易实现低温环境的模拟和负压情况下的风洞实验。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种液态空气气源节能高效风洞装置，包括液态空气储罐、高压超低温泵、气化装置、高压空气室、回气管、排气管、排气阀、气隙、喉道、进气罩、高压气路和高压液态空气管路，液态空气储罐与高压超低温泵相连，高压超低温泵通过高压液态空气管路与气化装置相连，气化装置通过高压气路与高压空气室相连，高压空气室左端连接有进气罩，高压空气室内设置有喉道，喉道左端与高压空气室之间形成有气隙，喉道通过回气管与进气罩相连，回气管上设置有排气管，排气管上设置有排气阀。
所述的高压空气室左右两侧分别为正压试验段和负压试验段。
工作原理：先通过液态空气储罐存储超低温的液态空气或氮气，再通过高压超低温泵打入气化装置，高压液态空气压入到气化装置内吸收环境热升温气化变成气体后，形成高压气体从高压气路喷出，并通过高压空气室的喉道，高压气体通过气隙流动产生附壁效应后，在气隙里面流动，最后沿着弧形的喉道表面转弯，在流动过程中，高压气体与周围气体发生扩散和碰撞后，带动周围的气体跟着它一起转弯，然后从左面吸入，右面喷出，形成一个气体的带动和放大作用。
上述的附壁效应是指 流体（水流或气流）有离开本来的流动方向，改为随着凸出的物体表面流动的倾向。当流体与它流过的物体表面之间存在表面摩擦时（也可以说是流体粘性），只要曲率不大，流体会顺着物体表面流动。根据牛顿第三定律，物体施与流体一个偏转的力，则流体也必定要施与物体一个反向偏转的力。
所述的正压试验段的高压气体也可通过其他设备进行制备，节约原有设备的能耗。
所述的回气管可以不使用。
所述的液态空气储罐内可储存液态空气或液态氮气。
本实用新型的有益效果：
本实用新型的气化装置可采用空气热源、水热源、电加热或燃料热源来提供气化动力能源；利用环境热能，节能减排，气流放大效率高；可以实现高低温、正负压实验。由于可以通入低温的空气，而且空气在喉道会进一步下降，因而可以实施低温风洞试验（温度可低于零下60℃）；回气管路提高效率，减少水汽，防止结冰、结露；液态空气汽化过程吸收环境热，大幅度节能。
以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
参照图1，本具体实施方式采用以下技术方案：一种液态空气气源节能高效风洞装置，包括液态空气储罐1、高压超低温泵2、气化装置3、高压空气室4、正压试验段5、负压试验段6、回气管7、排气管8、排气阀9、气隙10、喉道11、进气罩12、高压气路13和高压液态空气管路14，液态空气储罐1与高压超低温泵2相连，高压超低温泵2通过高压液态空气管路14与气化装置3相连，气化装置3通过高压气路13与高压空气室4相连，高压空气室4左端连接有进气罩12，高压空气室4内设置有喉道11，喉道11左端与高压空气室4之间形成有气隙10，喉道11通过回气管7与进气罩12相连，回气管7上设置有排气管8，排气管8上设置有排气阀9。
所述的高压空气室4左右两侧分别为正压试验段5和负压试验段6。
所述的液态空气储罐1是用来储藏超低温的液态空气，高压超低温泵2是将低压的超低温液体抽出并升压变成高压的液体后打入气化装置，气化装置3的功能是使得液态的气体吸热沸腾膨胀变成气体，高压空气室4是存储高压气体的一个空腔，环绕在喉道11外部，正压试验段5的压力时大于等于大气压，负压试验段6为压力时小于等于大气压的气流的试验段，回气管7是使得气体形成一个回路，排气管8用来调整管路内部的压力，排出新增用来驱动高压气体的能量的气体，排气管8内的排气阀9用来控制排气量的大小，气隙10：高压气体通过气隙流动产生附壁效应后，在气隙里面流动，最后沿着弧形的喉道11表面转弯，在流动过程中，高压气体与周围气体发生扩散和碰撞后，带动周围的气体跟着它一起转弯，然后从左面吸入，右面喷出，形成一个气体的带动和放大作用；进气罩12为空气放大器的进气部分，高压气路13用来提供高压气体的，高压气体压力为0.2-30MPa，高压液态空气管路14，高压液态空气压入到气化装置内升温气化变成气体后，形成高压气体从高压气路13喷出使用。
本具体实施方式利用流体力学附壁效应原理实现大气流，节能减排增效；同时可以实施正负压试验； 由于可以通入低温的空气，而且空气在喉道会进一步下降，因而可以实施低温风洞试验（温度可低于零下60℃）；回气管路提高效率，减少水汽，防止结冰、结露；液态空气汽化过程吸收环境热，大幅度节能。
以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (5)
1.液态空气气源节能高效风洞装置，其特征在于，包括液态空气储罐(1)、高压超低温泵(2)、气化装置(3)、高压空气室(4)、气隙(10)、喉道(11)、进气罩(12)、高压气路(13)和高压液态空气管路(14)，液态空气储罐(1)与高压超低温泵(2)相连，高压超低温泵(2)通过高压液态空气管路(14)与气化装置(3)相连，气化装置(3)通过高压气路(13)与高压空气室(4)相连，高压空气室(4)左端连接有进气罩(12)，高压空气室(4)内设置有喉道(11)，喉道(11)左端与高压空气室(4)之间形成有气隙(10)，喉道(11)与进气罩(12)相连。
2.根据权利要求1所述的液态空气气源节能高效风洞装置，其特征在于，所述的高压空气室(4)左右两侧分别为正压试验段(5)和负压试验段(6)。
3.根据权利要求2所述的液态空气气源节能高效风洞装置，其特征在于，所述的正压试验段(5)的高压气体通过其他设备进行制备。
4.根据权利要求1所述的液态空气气源节能高效风洞装置，其特征在于，所述液态空气气源节能高效风洞装置还包括回气管(7)，喉道11通过回气管(7)与进气罩(12)相连，回气管(7)上设置有排气管(8)，排气管(8)上设置有排气阀(9)。
5.根据权利要求1所述的液态空气气源节能高效风洞装置，其特征在于，所述的液态空气储罐(1)内可储存液态空气或液态氮气。
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| CN201420763503.XU CN204286740U (zh) | 2014-12-09 | 2014-12-09 | 液态空气气源节能高效风洞装置 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104458190A (zh) * | 2014-12-09 | 2015-03-25 | 苟仲武 | 液态空气气源节能高效风洞装置及其方法 |
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