液態空氣氣源節能高效風洞裝置及其方法
2023-05-15 22:39:56 1
液態空氣氣源節能高效風洞裝置及其方法
【專利摘要】本發明公開了一種液態空氣氣源節能高效風洞裝置及其方法。液態空氣儲罐與高壓超低溫泵相連，高壓超低溫泵通過高壓液態空氣管路與氣化裝置相連，氣化裝置通過高壓氣路與高壓空氣室相連，高壓空氣室左端連接有進氣罩，高壓空氣室內設置有喉道，喉道左端與高壓空氣室之間形成有氣隙，喉道通過回氣管與進氣罩相連，回氣管上設置有排氣管，排氣管上設置有排氣閥。本發明採用液態空氣吸收環境熱，膨脹產生的高壓氣體作為驅動氣體，利用流體力學附壁效應的原理實現大的氣流，大幅度地降低能耗,降低使用成本，容易實現低溫環境的模擬和負壓情況下的風洞實驗。
【專利說明】 液態空氣氣源節能高效風洞裝置及其方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及風洞【技術領域】，具體涉及一種液態空氣氣源節能高效風洞裝置及其方法。
【背景技術】
[0002]風洞實驗是飛行器研製工作中的一個不可缺少的組成部分。它不僅在航空和航天工程的研究和發展中起著重要作用，隨著工業空氣動力學的發展，在交通運輸、房屋建築、風能利用等領域更是不可或缺的。這種方法，流動條件容易控制，可重要依據是運動的相對性原理。實驗時，常將模型或實物固定在風復地、經濟地取得實驗數據。
[0003]為使實驗結果準確，實驗時的流動必須與實際流動狀態相似，即必須滿足相似律的要求。但由於風洞尺寸和動力的限制，在一個風洞中同時模擬所有的相似參數是很困難的，通常是按所要研究的課題，選擇一些影響最大的參數進行模擬。
[0004]此外，風洞實驗段的流場品質，如氣流速度分布均勻度、平均氣流方向偏離風洞軸線的大小、沿風洞軸線方向的壓力梯度、截面溫度分布的均勻度、氣流的湍流度和噪聲級等必須符合一定的標準，並定期進行檢查測定。
[0005]風洞主要由洞體、驅動系統和測量控制系統組成，各部分的形式因風洞類型而不同。
[0006]低速風洞，它有一個能對模型進行必要測量和觀察的實驗段。實驗段上遊有提高氣流勻直度、降低湍流度的穩定段和使氣流加速到所需流速的收縮段或噴管。實驗段下遊有降低流速、減少能量損失的擴壓段和將氣流引向風洞外的排出段或導回到風洞入口的回流段。有時為了降低風洞內外的噪聲，在穩定段和排氣口等處裝有消聲器。
[0007]風洞的驅動系統共有兩類:
一類是由可控電機組和由它帶動的風扇或軸流式壓縮機組成。風扇旋轉或壓縮機轉子轉動使氣流壓力增高來維持管道內穩定的流動。改變風扇的轉速或葉片安裝角，或改變對氣流的阻尼，可調節氣流的速度。直流電動機可由交直流電機組或可控矽整流設備供電。它的運轉時間長，運轉費用較低，多在低速風洞中使用。使用這類驅動系統的風洞稱連續式風洞，但隨著氣流速度增高所需的驅動功率急劇加大，例如產生跨聲速氣流每平方米實驗段面積所需功率約為4000千瓦，產生超聲速氣流則約為16000?40000千瓦。
[0008]另一類是用小功率的壓氣機事先將空氣增壓貯存在貯氣罐中，或用真空泵把與風洞出口管道相連的真空罐抽真空，實驗時快速開啟閥門，使高壓空氣直接或通過引射器進入洞體或由真空罐將空氣吸入洞體，因而有吹氣、引射、吸氣以及它們相互組合的各種形式。使用這種驅動系統的風洞稱為暫衝式風洞。暫衝式風洞建造周期短，投資少，一般[[雷諾數]]較高，它的工作時間可由幾秒到幾十秒，多用於跨聲速、超聲速和高超聲速風洞。對於實驗時間小於I秒的脈衝風洞還可通過電弧加熱器或激波來提高實驗氣體的溫度，這樣能量消耗少，模擬參數高。
[0009]而目前現有的風洞試驗系統能耗大、使用成本高，不容易做低溫、負壓等特殊狀況，亟需要一種方法和裝置來解決這個問題。
【發明內容】
[0010]有鑑於現有技術的上述缺陷，本發明提供液態空氣氣源節能高效風洞裝置及其方法，採用液態空氣吸收環境熱，膨脹產生的高壓氣體作為驅動氣體，利用流體力學附壁效應的原理實現大的氣流，大幅度地降低能耗，降低使用成本，容易實現低溫環境的模擬和負壓情況下的風洞實驗。
[0011]為實現上述目的，本發明提供了一種液態空氣氣源節能高效風洞裝置，包括液態空氣儲罐、高壓超低溫泵、氣化裝置、高壓空氣室、回氣管、排氣管、排氣閥、氣隙、喉道、進氣罩、高壓氣路和高壓液態空氣管路，液態空氣儲罐與高壓超低溫泵相連，高壓超低溫泵通過高壓液態空氣管路與氣化裝置相連，氣化裝置通過高壓氣路與高壓空氣室相連，高壓空氣室左端連接有進氣罩，高壓空氣室內設置有喉道，喉道左端與高壓空氣室之間形成有氣隙，喉道通過回氣管與進氣罩相連，回氣管上設置有排氣管，排氣管上設置有排氣閥。
[0012]所述的高壓空氣室左右兩側分別為正壓試驗段和負壓試驗段。
[0013]利用上述裝置的液態空氣氣源節能高效風洞方法，其具體步驟為:先通過液態空氣儲罐存儲超低溫的液態空氣或氮氣，再通過高壓超低溫泵打入氣化裝置，高壓液態空氣壓入到氣化裝置內吸收環境熱升溫氣化變成氣體後，形成高壓氣體從高壓氣路噴出，並通過高壓空氣室的喉道，高壓氣體通過氣隙流動產生附壁效應後，在氣隙裡面流動，最後沿著弧形的喉道表面轉彎，在流動過程中，高壓氣體與周圍氣體發生擴散和碰撞後，帶動周圍的氣體跟著它一起轉彎，然後從左面吸入，右面噴出，形成一個氣體的帶動和放大作用。
[0014]上述的附壁效應是指流體(水流或氣流)有離開本來的流動方向，改為隨著凸出的物體表面流動的傾向。當流體與它流過的物體表面之間存在表面摩擦時(也可以說是流體粘性)，只要曲率不大，流體會順著物體表面流動。根據牛頓第三定律，物體施與流體一個偏轉的力，則流體也必定要施與物體一個反向偏轉的力。
[0015]所述的正壓試驗段的高壓氣體也可通過其他設備進行製備，節約原有設備的能耗。
[0016]所述的回氣管可以不使用。
[0017]所述的液態空氣儲罐內可儲存液態空氣或液態氮氣。
[0018]本發明的氣化裝置可採用空氣熱源、水熱源、電加熱或燃料熱源來提供氣化動力能源。
[0019]本發明的有益效果:
1、利用環境熱能，節能減排；
2、氣流放大效率高；
3、可以實現高低溫、正負壓實驗。
[0020]以下將結合附圖對本發明的構思、具體結構及產生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本發明的目的、特徵和效果。
[0021]
【專利附圖】
【附圖說明】
圖1為本發明的結構示意圖。
[0022]【具體實施方式】參照圖1，本【具體實施方式】採用以下技術方案:一種液態空氣氣源節能高效風洞裝置，包括液態空氣儲罐1、高壓超低溫泵2、氣化裝置3、高壓空氣室4、正壓試驗段5、負壓試驗段6、回氣管7、排氣管8、排氣閥9、氣隙10、喉道11、進氣罩12、高壓氣路13和高壓液態空氣管路14，液態空氣儲罐I與高壓超低溫泵2相連，高壓超低溫泵2通過高壓液態空氣管路14與氣化裝置3相連，氣化裝置3通過高壓氣路13與高壓空氣室4相連，高壓空氣室4左端連接有進氣罩12，高壓空氣室4內設置有喉道11，喉道11左端與高壓空氣室4之間形成有氣隙10，喉道11通過回氣管7與進氣罩12相連，回氣管7上設置有排氣管8，排氣管8上設置有排氣閥9。
[0023]所述的高壓空氣室4左右兩側分別為正壓試驗段5和負壓試驗段6。
[0024]所述的液態空氣儲罐I是用來儲藏超低溫的液態空氣，高壓超低溫泵2是將低壓的超低溫液體抽出並升壓變成高壓的液體後打入氣化裝置，氣化裝置3的功能是使得液態的氣體吸熱沸騰膨脹變成氣體，高壓空氣室4是存儲高壓氣體的一個空腔，環繞在喉道11外部，正壓試驗段5的壓力時大於等於大氣壓，負壓試驗段6為壓力時小於等於大氣壓的氣流的試驗段，回氣管7是使得氣體形成一個迴路，排氣管8用來調整管路內部的壓力，排出新增用來驅動高壓氣體的能量的氣體，排氣管8內的排氣閥9用來控制排氣量的大小，氣隙10:高壓氣體通過氣隙流動產生附壁效應後，在氣隙裡面流動，最後沿著弧形的喉道11表面轉彎，在流動過程中，高壓氣體與周圍氣體發生擴散和碰撞後，帶動周圍的氣體跟著它一起轉彎，然後從左面吸入，右面噴出，形成一個氣體的帶動和放大作用；進氣罩12為空氣放大器的進氣部分，高壓氣路13用來提供高壓氣體的，高壓氣體壓力為0.2-30MPa，高壓液態空氣管路14，高壓液態空氣壓入到氣化裝置內升溫氣化變成氣體後，形成高壓氣體從高壓氣路13噴出使用。
[0025]本【具體實施方式】利用流體力學附壁效應原理實現大氣流，節能減排增效；同時可以實施正負壓試驗；由於可以通入低溫的空氣，而且空氣在喉道會進一步下降，因而可以實施低溫風洞試驗(溫度可低於零下60°C);回氣管路提高效率，減少水汽，防止結冰、結露；液態空氣汽化過程吸收環境熱，大幅度節能。
[0026]以上詳細描述了本發明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術人員無需創造性勞動就可以根據本發明的構思作出諸多修改和變化。因此，凡本【技術領域】中技術人員依本發明的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護範圍內。
【權利要求】
1.液態空氣氣源節能高效風洞裝置，其特徵在於，包括液態空氣儲罐(I)、高壓超低溫泵(2)、氣化裝置(3)、高壓空氣室(4)、氣隙(10)、喉道(11)、進氣罩(12)、高壓氣路(13)和高壓液態空氣管路(14)，液態空氣儲罐(I)與高壓超低溫泵(2)相連，高壓超低溫泵(2)通過高壓液態空氣管路(14)與氣化裝置(3)相連，氣化裝置(3)通過高壓氣路(13)與高壓空氣室(4)相連，高壓空氣室(4)左端連接有進氣罩(12)，高壓空氣室(4)內設置有喉道(11)，喉道(11)左端與高壓空氣室(4)之間形成有氣隙(10)，喉道(11)與進氣罩(12)相連。
2.根據權力要求I所述的液態空氣氣源節能高效風洞裝置，其特徵在於，所述的高壓空氣室(4)左右兩側分別為正壓試驗段(5)和負壓試驗段(6)。
3.根據權力要求I所述的液態空氣氣源節能高效風洞裝置，其特徵在於，所述的正壓試驗段(5)的高壓氣體通過其他設備進行製備。
4.根據權力要求I所述的液態空氣氣源節能高效風洞裝置，其特徵在於，所述液態空氣氣源節能高效風洞裝置還包括回氣管(7)，喉道11通過回氣管(7)與進氣罩(12)相連，回氣管(7)上設置有排氣管(8)，排氣管(8)上設置有排氣閥(9)。
5.根據權力要求I所述的液態空氣氣源節能高效風洞裝置，其特徵在於，所述的液態空氣儲罐(I)內可儲存液態空氣或液態氮氣。
6.一種根據權利要求1-5任意一項所述的高效風洞裝置的液態空氣氣源節能高效風洞方法，其特徵在於，其具體步驟為:先通過液態空氣儲罐存儲超低溫的液態空氣或氮氣，再通過高壓超低溫泵打入氣化裝置，高壓液態空氣壓入到氣化裝置內吸收環境熱升溫氣化變成氣體後，形成高壓氣體從高壓氣路噴出，並通過高壓空氣室的喉道，高壓氣體通過氣隙流動產生附壁效應後，在氣隙裡面流動，最後沿著弧形的喉道表面轉彎，在流動過程中，高壓氣體與周圍氣體發生擴散和碰撞後，帶動周圍的氣體跟著它一起轉彎，然後從左面吸入，右面噴出，形成一個氣體的帶動和放大作用。
【文檔編號】G01M9/02GK104458190SQ201410740102
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月9日 優先權日:2014年12月9日
【發明者】苟仲武 申請人:苟仲武