CN209431941U - 一种可适应不同重力环境的喷雾冷却系统 - Google Patents
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Abstract
一种可适应不同重力环境的喷雾冷却系统，属于高效换热技术研究领域。本实用新型主要解决了在重力加速度发生改变的情况下，喷雾冷却系统换热能力恶化的问题。主要包括由喷雾介质配比箱(1)、浓度传感器(2)、角度传感器(3)、喷嘴(4)、喷雾室(5)、热管换热器(6)、介质回收泵(7)、介质储存箱(8)、第一进水电磁阀(9)、喷雾介质溶质储存箱(10)、溶质出口泵(11)、第二进水电磁阀(12)、溶质进口泵(13)、第三进水电磁阀(14)、加压水泵(15)、水箱(16)、排水截止阀(17)、排水管(18)、第一截止阀(19)、第二截止阀(20)。本实用新型具有适应不同重力数值、可调喷雾浓度、介质循环利用、使用方便等多个优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种可适应不同重力环境的喷雾冷却系统，属于高效换热特性试验研究领域。
背景技术
喷雾冷却是利用低温介质通过一定压力的空气将介质化成雾流对目标表面进行控制冷却的技术。喷雾冷却最初运用于合成钛基、镍基等高温合金和高强度合金钢的生产过程，在切削过程中对刀具进行散热，同时起到润滑的作用。如今，喷雾冷却已经不局限于金属加工工业。随着对军用飞机机动性能、隐身性能、防御性能要求的不断提高，发展激光武器是必然选择。激光武器作战时，会产生大量的无用热量，导致表面热流密度极高，传统的热交换器无法在短时间内消散如此大量的热量，喷雾冷却将冷却介质雾化分解为无数的离散型小液滴，喷淋到加热表面上形成液膜沸腾换热带走热量，可以使待冷却表面温度均匀，同时具有瞬时换热性能良好、临界热流密度大等优点。然而，在飞机尤其是战斗机飞行过程中，重力加速度的大小和方向变化剧烈，此时极易造成喷雾冷却表面的液膜提前干涸，会导致传热恶化，进而使得喷雾冷却失效。
目前对于喷雾冷却的研究集中在机理研究方面，扩展应用还比较少，尤其关于重力加速度改变下的喷雾冷却效果研究还是空白。在专利CN102155832A中，公开了一种化学与相变复合散热装置与方法，二氧化碳水合物吸热气化，生成二氧化碳和水蒸气，碳与二氧化碳和水蒸气发生化学吸热反应，快速移除大量的热，该系统将喷雾冷却技术与化学反应吸热技术相结合，实现了对高功率元件迅速散热的目的，然而化学反应不可逆，且没有设置循环系统，需要不断地补充反应溶剂；另外在重力加速度发生变化的情况下，化学反应会受到极大影响，达不到预期效果。
本实用新型基于液体表面薄层内的分子的特殊受力状态和粘度对表面张力的影响，利用角度传感器和浓度传感器的双重反馈，对喷雾的介质浓度进行即时的调整，以适用于不同喷射角度的浓度需要。同时，换热完成后的介质将热量通过热管换热器散入环境空气中，介质可循环使用，避免介质浪费。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种适应不同重力环境的喷雾冷却系统。
由喷雾介质配比箱(1)、浓度传感器(2)、角度传感器(3)、喷嘴(4)、喷雾室(5)、热管换热器(6)、介质回收泵(7)、介质储存箱(8)、第一进水电磁阀(9)、喷雾介质溶质储存箱(10)、溶质出口泵(11)、第二进水电磁阀(12)、溶质进口泵(13)、第三进水电磁阀(14)、加压水泵(15)、水箱(16)、排水截止阀(17)、排水管(18)、第一截止阀(19)、第二截止阀(20)组成；
喷雾介质配比箱(1)具有3个入口和2个出口，其中第一入口连接介质储存箱(8)，第二入口连接喷雾介质溶质储存箱(10)，第三入口连接水箱(16)；第一出口连接排水管(18)，第二出口连接喷嘴(4)；
试验台的连接方式为：介质储存箱(8)的出口与第一进水电磁阀(9)的入口相连，第一进水电磁阀(9)的出口与喷雾介质配比箱(1)的第一入口相连，喷雾介质配比箱(1)中安装有浓度传感器(2)，喷雾介质配比箱(1)的第二出口与第一截止阀(19)的入口相连，在第一截止阀(19)前安装有角度传感器(3)，第一截止阀(19)的出口与喷嘴(4)的入口相连，喷嘴(4)安装在喷雾室(5)内，喷雾室(5)底端为加热表面(23)，喷雾室加热表面(23)的出口与热管换热器(6)的入口相连，热管换热器(6)的出口与第二截止阀(20)的入口相连，第二截止阀(20)的出口与介质回收泵(7)的入口连接，介质回收泵(7)的出口与介质储存箱(8)的入口相连；
喷雾介质溶质储存箱(10)的入口与溶质进口泵(13)的出口相连，喷雾介质溶质储存箱(10)的出口与溶质出口泵(11)的入口相连，溶质出口泵(11)的出口与第二进水电磁阀(12)相连，第二进水电磁阀(12)的出口与喷雾介质配比箱(1)的第二入口连接；
水箱(16)的出口与加压水泵(15)的进口相连，加压水泵(15)的出口与第三进水电磁阀(14)的入口相连，第三进水电磁阀(14)的出口与喷雾介质配比箱(1)的第三入口相连；
喷雾介质配比箱(1)的第一出口连接排水管(18)，排水管(18)上安装有排水截止阀(17)。
喷雾冷却开启之前阶段，计算出在不同喷雾角度时，喷雾室加热表面(23)附着的液滴所受重力加速度，以及在该重力加速度下所需的溶液浓度，在喷雾介质溶质储存箱(10)中进行配比；
喷雾开始时，介质储存箱(8)中充满水，喷雾介质溶质储存箱(10)中充满溶质；角度传感器(3)反馈该角度下所需的喷雾溶液浓度，与介质储存箱(8)连接的第一进水电磁阀(9)和与喷雾介质储存箱(10)相连接的第二进水电磁阀(12)同时开启，根据浓度传感器(2)的实时反馈调节第一进水电磁阀(9)和第二进水电磁阀(12)的开度大小；当喷雾介质配比箱(1)中的浓度传感器(2)反馈的浓度与角度传感器(3)相对应的浓度相同时，喷嘴(4)将雾化后的喷雾介质喷至喷雾室(5)的加热表面(23)；喷雾室(5)将换热完成后的介质回收，流经热管换热器(6)，在热管换热器(6)中将吸收的热量传递至外界环境，介质温度降低后由介质储存箱(8)回收供下次循环备用；
喷雾进行后，介质储存箱(8)中已包含一定浓度的介质，当浓度传感器(2)反馈浓度大于角度传感器(3)输出浓度时，开启进水电磁阀(14)将水箱(16)中的水加入喷雾介质配比箱(1)；喷嘴(4)将雾化后的喷雾介质喷雾喷至喷雾室(5)的加热表面(23)；喷雾室(5)将换热完成后的介质回收，流经热管换热器(6)，在热管换热器(6)中将吸收的热量传递至外界环境，介质温度降低后由介质储存箱(8)回收供下次循环备用；
当浓度传感器(2)反馈浓度小于角度传感器(3)输出浓度时，同时开启进水电磁阀(9)与进水电磁阀(12)，以达到喷雾所需浓度标准；喷嘴(4)将雾化后的喷雾介质喷至喷雾室(5)的加热表面(23)；喷雾室(5)将换热完成后的介质回收，流经热管换热器(6)，在热管换热器(6)中将吸收的热量传递至外界环境，介质温度降低后由介质储存箱(8)回收供下次循环备用；
当浓度传感器(2)反馈浓度等于角度传感器(3)输出浓度时，喷嘴(4)直接将雾化后的喷雾介质喷至喷雾室(5)的加热表面(23)；喷雾室(5)将换热完成后的介质回收，流经热管换热器(6)，在热管换热器(6)中将吸收的热量传递至外界环境，介质温度降低后由介质储存箱(8)回收供下次循环备用。
角度传感器(3)实时传输的喷雾角度，由计算机根据该角度对应的重力加速度大小方向计算出该角度下所需的喷雾浓度；计算机所算喷雾浓度与喷雾介质配比箱(1)中的浓度传感器(2)反馈回的实际浓度相比较；在角度传感器(3)和浓度传感器(2)的双重反馈下，通过调节第一进水电磁阀(9)、第二进水电磁阀(12)、第三进水电磁阀(14)进行实时调节。
热管换热器(6)由多个热管组成；热管包括第一热管冷凝段(21)、第一热管蒸发段(22)、第二热管冷凝段(24)、第二热管蒸发段(25)、第三热管冷凝段(26)、第三热管蒸发段(27)、第四热管冷凝段(28)、第四热管蒸发段(29)，在各个蒸发段，管芯内的工作液体受热蒸发，并带走工作液体的蒸发潜热，热管内蒸汽从中心通道流向各个冷凝段，凝结成液体，同时放出潜热，热管内液体回流到蒸发段。
介质回收泵(7)为回收后的介质进入介质储存箱(8)提供动力；溶质出口泵(11)为喷雾介质溶质储存箱(10)中的溶质进入喷雾介质配比箱(1)提供动力；溶质进口泵(13)为溶质进入喷雾介质溶质储存箱(10)提供动力；加压水泵(15)为水箱(16)中的水进入喷雾介质配比箱(1)提供动力。
在喷雾室(5)中雾化后的喷雾介质与喷雾室加热表面(23)发生相变换热，由喷嘴(4)雾化后的液态介质，在喷雾室(5)中实现汽化吸热过程。
喷雾介质溶质可选用氯化钠溶液、酒精溶液、聚乙烯醇溶液、聚乙烯醇缩丁醛溶液，浓度对应的规律是随着角度沿竖直方向正向增加减小浓度；角度沿竖直方向负向增加增大浓度。
附图说明
附图1为本实用新型的原理图。
附图1中的标号名称：喷雾介质配比箱1、浓度传感器2、角度传感器3、喷嘴4、喷雾室5、热管换热器6、介质回收泵7、介质储存箱8、第一进水电磁阀9、喷雾介质溶质储存箱10、溶质出口泵11、第二进水电磁阀12、溶质进口泵13、第三进水电磁阀14、加压水泵15、水箱16、排水截止阀17、排水管18、第一截止阀19、第二截止阀20、第一热管冷凝段21、第一热管蒸发段22、加热表面23、第二热管冷凝段24、第二热管蒸发段25、第三热管冷凝段26、第三热管蒸发段27、第四热管冷凝段28、第四热管蒸发段29。
附图2为本实用新型的流程图。
具体实施方式
如图2所示，角度传感器3实时传输的喷雾角度，由计算机根据该角度对应的重力加速度大小方向计算出该角度下所需的喷雾浓度；计算机所算喷雾浓度与喷雾介质配比箱1中的浓度传感器2反馈回的实际浓度相比较；在角度传感器3和浓度传感器2的双重反馈下，通过调节第一进水电磁阀9、第二进水电磁阀12、第三进水电磁阀14进行实时调节。
喷雾冷却开启之前阶段，计算出在不同喷雾角度时，喷雾室加热表面23附着的液滴所受重力加速度，以及在该重力加速度下所需的溶液浓度，在喷雾介质溶质储存箱10中进行配比；
喷雾开始时，介质储存箱8中充满水，喷雾介质溶质储存箱10中充满溶质；角度传感器3反馈该角度下所需的喷雾溶液浓度，与介质储存箱8连接的第一进水电磁阀9和与喷雾介质储存箱10相连接的第二进水电磁阀12同时开启，根据浓度传感器2的实时反馈调节第一进水电磁阀9和第二进水电磁阀12的开度大小；当喷雾介质配比箱1中的浓度传感器2反馈的浓度与角度传感器3相对应的浓度相同时，喷嘴4将雾化后的喷雾介质喷至喷雾室5的加热表面23；喷雾室5将换热完成后的介质回收，流经热管换热器6，在热管换热器6中，在各个蒸发段，管芯内的工作液体受热蒸发，并带走工作液体的蒸发潜热，热管内蒸汽从中心通道流向各个冷凝段，凝结成液体，同时放出潜热，热管内液体回流到蒸发段。介质温度降低后由介质储存箱8回收供下次循环备用；
喷雾进行后，介质储存箱8中已包含一定浓度的介质，当浓度传感器2反馈浓度大于角度传感器3输出浓度时，开启进水电磁阀14将水箱16中的水加入喷雾介质配比箱1；喷嘴4将雾化后的喷雾介质喷雾喷至喷雾室5的加热表面23；喷雾室5将换热完成后的介质回收，流经热管换热器6，在热管换热器6中，在各个蒸发段，管芯内的工作液体受热蒸发，并带走工作液体的蒸发潜热，热管内蒸汽从中心通道流向各个冷凝段，凝结成液体，同时放出潜热，热管内液体回流到蒸发段。介质温度降低后由介质储存箱8回收供下次循环备用；
当浓度传感器2反馈浓度小于角度传感器3输出浓度时，同时开启进水电磁阀9与进水电磁阀12，以达到喷雾所需浓度标准；喷嘴4将雾化后的喷雾介质喷至喷雾室5的加热表面23；喷雾室5将换热完成后的介质回收，流经热管换热器6，在热管换热器6中，在各个蒸发段，管芯内的工作液体受热蒸发，并带走工作液体的蒸发潜热，热管内蒸汽从中心通道流向各个冷凝段，凝结成液体，同时放出潜热，热管内液体回流到蒸发段。介质温度降低后由介质储存箱8回收供下次循环备用；
当浓度传感器2反馈浓度等于角度传感器3输出浓度时，喷嘴4直接将雾化后的喷雾介质喷至喷雾室5的加热表面23；喷雾室5将换热完成后的介质回收，流经热管换热器6，在各个蒸发段，管芯内的工作液体受热蒸发，并带走工作液体的蒸发潜热，热管内蒸汽从中心通道流向各个冷凝段，凝结成液体，同时放出潜热，热管内液体回流到蒸发段。将吸收的热量传递至外界环境，介质温度降低后由介质储存箱8回收供下次循环备用。
Claims (4)
1.一种可适应不同重力环境的喷雾冷却系统，其特征在于由喷雾介质配比箱(1)、浓度传感器(2)、角度传感器(3)、喷嘴(4)、喷雾室(5)、热管换热器(6)、介质回收泵(7)、介质储存箱(8)、第一进水电磁阀(9)、喷雾介质溶质储存箱(10)、溶质出口泵(11)、第二进水电磁阀(12)、溶质进口泵(13)、第三进水电磁阀(14)、加压水泵(15)、水箱(16)、排水截止阀(17)、排水管(18)、第一截止阀(19)、第二截止阀(20)组成；
喷雾介质配比箱(1)具有3个入口和2个出口，其中第一入口连接介质储存箱(8)，第二入口连接喷雾介质溶质储存箱(10)，第三入口连接水箱(16)；第一出口连接排水管(18)，第二出口连接喷嘴(4)；
试验台的连接方式为：介质储存箱(8)的出口与第一进水电磁阀(9)的入口相连，第一进水电磁阀(9)的出口与喷雾介质配比箱(1)的第一入口相连，喷雾介质配比箱(1)中安装有浓度传感器(2)，喷雾介质配比箱(1)的第二出口与第一截止阀(19)的入口相连，在第一截止阀(19)前安装有角度传感器(3)，第一截止阀(19)的出口与喷嘴(4)的入口相连，喷嘴(4)安装在喷雾室(5)内，喷雾室(5)底端为加热表面(23)，喷雾室加热表面(23)的出口与热管换热器(6)的入口相连，热管换热器(6)的出口与第二截止阀(20)的入口相连，第二截止阀(20)的出口与介质回收泵(7)的入口连接，介质回收泵(7)的出口与介质储存箱(8)的入口相连；
喷雾介质溶质储存箱(10)的入口与溶质进口泵(13)的出口相连，喷雾介质溶质储存箱(10)的出口与溶质出口泵(11)的入口相连，溶质出口泵(11)的出口与第二进水电磁阀(12)相连，第二进水电磁阀(12)的出口与喷雾介质配比箱(1)的第二入口连接；
水箱(16)的出口与加压水泵(15)的进口相连，加压水泵(15)的出口与第三进水电磁阀(14)的入口相连，第三进水电磁阀(14)的出口与喷雾介质配比箱(1)的第三入口相连；
喷雾介质配比箱(1)的第一出口连接排水管(18)，排水管(18)上安装有排水截止阀(17)。
2.根据权利要求1所述的一种可适应不同重力环境的喷雾冷却系统，其特征在于：热管换热器(6)由多个热管组成；热管包括第一热管冷凝段(21)、第一热管蒸发段(22)、第二热管冷凝段(24)、第二热管蒸发段(25)、第三热管冷凝段(26)、第三热管蒸发段(27)、第四热管冷凝段(28)、第四热管蒸发段(29)。
3.根据权利要求1所述的一种可适应不同重力环境的喷雾冷却系统，其特征在于：介质回收泵(7)为回收后的介质进入介质储存箱(8)提供动力，溶质出口泵(11)为喷雾介质溶质储存箱(10)中的溶质进入喷雾介质配比箱(1)提供动力，溶质进口泵(13)为溶质进入喷雾介质溶质储存箱(10)提供动力，加压水泵(15)为水箱(16)中的水进入喷雾介质配比箱(1)提供动力。
4.根据权利要求1所述的一种可适应不同重力环境的喷雾冷却系统，其特征在于：喷雾介质溶质可选用氯化钠溶液、酒精溶液、聚乙烯醇溶液、聚乙烯醇缩丁醛溶液；浓度对应的规律是随着角度沿竖直方向正向增加减小浓度，角度沿竖直方向负向增加增大浓度。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2018
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