SU790950A1

SU790950A1 - Aerodynamic plant

Info

Publication number: SU790950A1
Application number: SU792756812A
Authority: SU
Inventors: В.Н. Щелкунов; Н.З. Руденко; М.А. Фефелов; Н.Ф. Савченко
Original assignee: Физико-технический институт низких температур АН УССР; Харьковский авиационный институт им.Н.Е.Жуковского
Priority date: 1979-03-26
Filing date: 1979-03-26
Publication date: 1982-08-30

Description

Изобретение относится к области экспериментальной аэродинамики, в частности к средствам для обеспечения исследований при числах Рейнольдса, близких к натурным значениям и может быть использовано при моделировании явлений тепло-массообмена при конденсации, сублимации и испарении веществ в потоке газа.The invention relates to the field of experimental aerodynamics, in particular to means for providing research at Reynolds numbers close to field values and can be used to model the phenomena of heat and mass transfer during condensation, sublimation and evaporation of substances in a gas stream.

Известна аэродинамическая установка, содержащая привод, форкамеру, открытую рабочую часть и диффузор, соединенный с форкамерой обратным каналом, в котором установлены спрямляющие поток ребра. Спрямляющие поток ребра выполнены полыми, установлены в местах поворота обратного канала (коленах), сообщены между собой коллекторами и подсоединены через систему трубопроводов к блоку хранения криогенной жидкости — теплоносителя [1]. Криогенная жидкость используется как для охлаждения спрямляющих лопаток, выполняющих роль теплообменника, так и для подачи криогенной жидкости в поток для захолаживания установки.A known aerodynamic installation comprising a drive, a prechamber, an open working part and a diffuser connected to the prechamber by a return channel in which ribs flow-straightening are installed. The flow straightening ribs are hollow, installed at the points of rotation of the return channel (elbows), communicated with each other by collectors, and connected through a piping system to the cryogenic liquid storage unit - the heat carrier [1]. Cryogenic liquid is used both for cooling the straightening vanes, which act as a heat exchanger, and for supplying cryogenic liquid into the stream for cooling the installation.

Однако известная установка не обеспечивает изменения чисел Рейнольдса в широких пределах, особенно высоких их величин, близких к натурным, т. к. в рабочей части не может быть достигнуто широкое изменение величин давления из-за того, что она сообщена с атмосферой (открытая).However, the known installation does not provide changes in Reynolds numbers over a wide range, especially their high values close to full-scale ones, since a wide change in pressure values cannot be achieved in the working part due to the fact that it is in communication with the atmosphere (open).

Известна аэродинамическая установка, содержащая герметичный корпус с цилин5 дрической боковой поверхностью, в котором размещены открытая рабочая часть, форкамера с конфузором и диффузором, соединенные обратным каналом, образованным корпусом и концентричной ему конусной 10 оболочкой и снабженным спрямляющими поток ребрами [2].A known aerodynamic installation comprising a sealed housing with a cylindrical lateral surface, in which an open working part is placed, a prechamber with a confuser and a diffuser, connected by a return channel formed by the housing and a conical shell 10 concentric with it and equipped with flow straightening ribs [2].

Недостатком данной установки также является ограниченность диапазона чисел Рейнольдса, особенно их высоких величин, 15 и, кроме этого, высокие уровни порождаемого установкой шума и большие потери энергии из-за плохой тепловой и звуковой изоляции от окружающей среды.The disadvantage of this installation is also the limited range of Reynolds numbers, especially their high values, 15 and, in addition, high levels of noise generated by the installation and large energy losses due to poor thermal and sound insulation from the environment.

Целью изобретения является расшире20 ние экспериментальных возможностей установки по диапазону чисел Рейнольдса и, кроме этого, дополнительно снижение шума и уменьшение энергетических потерь.The aim of the invention is to expand the experimental capabilities of the installation in the range of Reynolds numbers and, in addition, additionally reduce noise and reduce energy losses.

Указанная цель достигается благодаря 25 тому, что установка снабжена проточным теплообменником, установленным по всей длине обратного канала и образованным спрямляющими поток’ ребрами, выполненными полыми и объединенными между со30 бой кольцевыми коллекторами.This goal is achieved due to the fact that the installation is equipped with a flow-through heat exchanger installed along the entire length of the return channel and formed by flow straightening ribs ’made by hollow and annular collectors connected between each other.

Кроме того, наружная поверхность корпуса снабжена вакуумной теплоизоляцией.In addition, the outer surface of the housing is equipped with vacuum thermal insulation.

На фиг. 1 показана схема выполнения аэродинамической установки, продольный разрез; на фиг. 2 — поперечное сечение установки (сечение А—А на фиг. 1).In FIG. 1 shows a diagram of an aerodynamic installation, a longitudinal section; in FIG. 2 is a cross section of the installation (section A — A in FIG. 1).

Аэродинамическая установка содержит силовой герметичный корпус 1 с цилиндрической боковой поверхностью 2. В корпусе 1 размещена открытая рабочая часть 3, форкамера 4 с соплом-конфузором 5 и диффузор 6, которые соединены обратным каналом 7, образованным корпусом 1 и концентричной ему внутренней конусной оболочкой 8. При этом обратный канал 7, форкамера 4, сопло-конфузор 5, рабочая часть 3 и диффузор 6 образуют замкнутый циркуляционный контур, в котором движение рабочего потока осуществляется, например, вентилятором 9 с приводом 10 (в виде электродвигателя постоянного тока), обеспечивающим плавную регулировку скорости. Обратный канал 7 выполнен с поворотными коленами 11 и 12 для разворота потока при входе в форкамеру 4 и на выходе из диффузора 6, а на всей остальной его длине установлены полые спрямляющие поток ребра 13 (направление рабочего потока в установке показано на фиг. 1 замкнутыми пунктирными линиями со стрелками) .The aerodynamic installation comprises a power tight enclosure 1 with a cylindrical side surface 2. An open working part 3, a prechamber 4 with a nozzle-confuser 5 and a diffuser 6, which are connected by a return channel 7 formed by the housing 1 and the inner conical shell 8 concentric to it, are placed in the housing 1. In this case, the return channel 7, the prechamber 4, the nozzle-confuser 5, the working part 3 and the diffuser 6 form a closed circulation circuit in which the movement of the working flow is carried out, for example, by a fan 9 with a drive 10 (in the form of an electric dvatel of a direct current), providing smooth adjustment of speed. The return channel 7 is made with rotary elbows 11 and 12 for turning the flow at the entrance to the pre-chamber 4 and at the exit of the diffuser 6, and hollow flow straightening ribs 13 are installed along its entire length (the direction of the working flow in the installation is shown in Fig. 1 by closed dashed lines) lines with arrows).

Ребра 13 образуют проточный теплообменник за счет того, что полости ребер 13 сообщены между собой на обоих своих концах кольцевыми обтекаемыми коллекторами 14 и 15 и через систему трубопроводов 16 — с блоком 17 хранения жидкого азота. Форкамера 4 снабжена детурбулизирующими сетками 18 и спрямляющей решеткой 19. Рабочий объем герметичного корпуса 1 защищен от внешних теплопритоков экранно-вакуумной изоляцией, представляющей собой вакуумную камеру 20, заполненную, например, многослойной перфорированной пленкой ПЭТФ-ДА. Вакуумная камера 20 и силовой корпус 1 разделены, в тепловом смысле, посредством четырех регулируемых опор 21. Для установки модели 22 в рабочей части 3 установки под требуемым углом атаки установка оборудована шлюзовой камерой 23, которая позволяет вводить и выводить модель 22 из потока без разгерметизации рабочей части 3 и вакуумной камеры 20, что обеспечивает непрерывность проведения исследований. Для ведения наблюдения за моделью 22 и элементами установки она имеет два ортогонально расположенных окна 24. Герметичный корпус 1 вакуумной теплоизоляцией и кольцевой обратный канал 7 с теплообменником 13—15 являются надежным шумоизоляционным экраном установки.The fins 13 form a flow-through heat exchanger due to the fact that the cavities of the fins 13 are connected to each other at both their ends by annular streamlined collectors 14 and 15 and through a piping system 16 with the liquid nitrogen storage unit 17. The prechamber 4 is equipped with deturbing nets 18 and a straightening grid 19. The working volume of the sealed housing 1 is protected from external heat influences by a screen-vacuum insulation, which is a vacuum chamber 20, filled, for example, with a multilayer perforated PET-DA film. The vacuum chamber 20 and the power housing 1 are separated, in the thermal sense, by four adjustable supports 21. To install the model 22 in the working part 3 of the installation at the desired angle of attack, the installation is equipped with a lock chamber 23, which allows you to enter and remove the model 22 from the stream without depressurization of the working parts 3 and a vacuum chamber 20, which ensures the continuity of research. To monitor the model 22 and the installation elements, it has two orthogonally located windows 24. The sealed enclosure 1 with vacuum thermal insulation and the annular return channel 7 with a heat exchanger 13-15 are a reliable noise insulation screen of the installation.

Созданный опытный образец устройства (с диаметром рабочей части 0,2 м, степенью поджатия потока 0,4 в диапазоне рабочих давлений 1—20 ата и температур 80—320“К при скорости газового потока 5—25 м/с и мощности силового привода 15 кВт) подтверждает эффективность изобретения.A prototype of the device was created (with a diameter of the working part of 0.2 m, a degree of compression of the flow 0.4 in the range of operating pressures of 1–20 atm and temperatures of 80–320 “K at a gas flow rate of 5–25 m / s and power of the power drive kW) confirms the effectiveness of the invention.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

В рабочую часть 3 установки через шлюзовую камеру 23 вводится исследуемая модель 22. Рабочий объем герметичного корпуса 1, во избежание конденсации паров воды и легкоконденсирующих газов, перед заполнением требуемой газовой средой откачивается до степени разряжения порядка 10~³ Т. Одновременно с этим происходит откачка вакуумной камеры 20 до давления 10~^s—10~⁶ Т. Затем рабочий объем установки в соответствии с программой исследований заполняется газовой смесью необходимого состава и давления. Циркуляция газа осуществляется вентилятором 9. Газовый поток, попадая в обратный канал 7, охлаждается, контактируя с теплообменными поверхностями спрямляющих ребер 13, для чего из блока 17 хранения через систему трубопроводов 16 подается охладитель, например жидкий азот, который через распределительный коллектор 14 поступает в полости спрямляющих ребер 13 и отводится на сброс через коллектор 15. Требуемая температура газового потока поддерживается за счет изменения расхода хладагента. После установления необходимого рабочего режима проводятся исследования в соответствии с принятой методикой исследований.The test model 22 is introduced through the airlock chamber 23 into the working part 3 of the installation. The working volume of the sealed enclosure 1, in order to avoid condensation of water vapor and lightly condensing gases, is pumped out to the degree of discharge of the order of 10 ~ ³ T before filling with the required gas medium. At the same time, the vacuum is evacuated chamber 20 to a pressure of 10 ~ ^s —10 ~ ⁶ T. Then the working volume of the installation, in accordance with the research program, is filled with a gas mixture of the required composition and pressure. The gas is circulated by the fan 9. The gas stream entering the return channel 7 is cooled by contacting with the heat exchange surfaces of the straightening ribs 13, for which a cooler, for example liquid nitrogen, is supplied from the storage unit 17 through the piping system 16, which enters the cavities through the distribution manifold 14 rectifying ribs 13 and is discharged to the discharge through the collector 15. The required temperature of the gas stream is maintained by changing the flow rate of the refrigerant. After establishing the necessary operating mode, research is carried out in accordance with the accepted research methodology.

Охлаждение рабочей воздушной среды до криогенных температур без изменения ее состава увеличивает число Рейнольдса по сравнению с прототипом в 4 раза, до значений Re= 10⁸, и одновременно снижает мощность привода в 20 раз, а использование экранно-вакуумной теплоизоляции обеспечивает приемлемые расходы азота и, кроме того, приводит к уменьшению уровня шумов (на 50—60 дб), порождаемых при работе установки.Cooling the working air medium to cryogenic temperatures without changing its composition increases the Reynolds number by 4 times compared to the prototype to Re = 10 ⁸ , and at the same time reduces the drive power by 20 times, and the use of screen-vacuum thermal insulation provides acceptable nitrogen consumption and, in addition, it leads to a decrease in the noise level (by 50-60 dB) generated by the installation.

Claims

In addition, the outer surface of the case is provided with vacuum thermal insulation. FIG. 1 shows a diagram of the aerodynamic installation, a longitudinal section; in fig. 2 is a cross-section of the installation (section A-A in FIG. 1). The aerodynamic installation contains a power sealed body 1 with a cylindrical side surface 2. The housing 1 has an open working part 3, a prechamber 4 with a confusor nozzle 5 and a diffuser 6, which are connected by a return channel 7 formed by the body 1 and the inner conical shell 8 coicentric to it. At the same time, the return channel 7, the prechamber 4, the nozzle-confuser 5, the working part 3 and the diffuser 6 form a closed circulation loop in which the working flow is carried out, for example, by a fan 9 with an actuator 10 (in the form of DC motor), providing smooth speed adjustment. The return channel 7 is made with swiveling elbows 11 and 12 to turn the flow upon entering the prechamber 4 and at the exit of the diffuser 6, and the rest of its length has hollow ribs 13 that hid the flow (the direction of the working flow in the installation is shown in Fig. 1 closed iuktirnymi lines with arrows). The fins 13 form a flow-through heat exchanger due to the fact that the cavities of the fins 13 are connected to each other at both ends by annular streamlined collectors 14 and 15 and through a system of pipelines 16 to the block 17 for storing liquid nitrogen. Chamber 4 is provided with deturbulating grids 18 and spraying grille 19. The sealed enclosure 1 is protected from external heating panels by screen-vacuum insulation, which is a vacuum chamber 20 filled with, for example, a multi-layer perforated PET-DA film. The vacuum chamber 20 and the power housing 1 are separated, in a thermal sense, by means of four adjustable supports 21. For installation of the model 22 in the working part 3 of the installation at the required angle of attack, the installation is equipped with a lock chamber 23 that allows the introduction and removal of the model 22 from the flow without depressurization the working part 3 and the vacuum chamber 20, which ensures the continuity of research. For monitoring the model 22 and the elements of the installation, it has two orthogonal windows 24. The hermetic case 1 by vacuum heat insulation and the annular return channel 7 with a heat exchanger 13-15 are a reliable sound insulation screen of the installation. Created a prototype of the device (with a working part diameter of 0.2 m, a degree of pressure flow 0.4 in the range of operating pressures of 1-20 atm and temperatures of 80-320 ° K at a gas flow rate of 5-25 m / s and power of the power drive 15 kW) confirms the effectiveness of the invention. The device works as follows. Model 22 is introduced into the working part 3 of the installation through the slug chamber 23. The working volume of the hermetic enclosure 1, to avoid condensation of water vapor and lightly condensing gases, is pumped out to the degree of discharge of about 10 T before filling with the required gaseous medium. chambers 20 to pressure T. Then the working volume of the installation in accordance with the research program is filled with a gas mixture of the required composition and pressure. The gas is circulated by the fan 9. The gas flow, entering the return channel 7, is cooled in contact with the heat exchange surfaces of the spinning fins 13, for which from the storage unit 17, through the piping 16, a coolant, for example, is fed through distribution manifold 14 enters the cavities of spraying ribs 13 and is discharged for discharge through collector 15. The required gas flow temperature is maintained by changing the flow rate of the refrigerant. After the required operating mode has been established, the research is carried out in accordance with the accepted research methodology. Cooling the working air environment to cryogenic temperatures without changing its composition increases the Reynolds number by 4 times compared to the prototype, to values and at the same time reduces the drive power by 20 times, and the use of screen-vacuum thermal insulation ensures acceptable nitrogen consumption and, moreover, results to a decrease in the level of schumov (by 50-60 dB) generated during the operation of the installation. Claim 1. Aerodynamic installation comprising a sealed body with a cylindrical side surface in which an open working part is placed, a pre-chamber with a confuser and a diffuser connected by a return channel formed by the body and a conical shell concentric to it and equipped with flow ribs differing in that, in order to expand the experimental capabilities over the range of Reynolds numbers, it is equipped with a protoch heat exchanger installed along the entire length of the return channel and formed with the right flow of the junction; the flow of the ribs is made of polymn and annular collectors interconnected.

2. Installation according to claim 1, characterized in that, in order to reduce noise and reduce energy losses, the outer surface of the housing is provided with vacuum thermal insulation.

Sources of information taken into account in the examination

1. Japanese Patent No. 51-34743, cl. 105B 11, 1976.

2. Pankhurst R., Holder D. Technique of experiment in wind tunnels, M., Foreign Literature, 1955, FIG. 59, p. 126 (prototype).

18

7, / f

/ 3 t +

/ 3

/ 7 l

V

-i: 2:

20

/five