[發(fā)明專利]一種氣體的超音速加熱裝置及加熱方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810018011.7
• 申請(qǐng)日: 2008-04-21
• 公開（公告）號(hào): CN101280973A
• 公開（公告）日: 2008-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高鐵瑜;章利特;龔建英;王新軍;孟祥兆;牛力軍;朱曉軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): F24J3/00
• 分類號(hào): F24J3/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 朱海臨

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種氣動(dòng)式氣體加熱裝置及加熱方法，特別涉及一種氣體的超音速加熱裝置及超音速加熱方法。

背景技術(shù)

高溫氣體廣泛應(yīng)用于冶金煉鋼行業(yè)等工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。常規(guī)氣體加熱(如燃?xì)狻㈦姛岬?都是利用熱傳導(dǎo)、對(duì)流、熱輻射將熱量首先傳遞給發(fā)熱體表面附近的氣體，再通過對(duì)流換熱逐步使氣體整體溫度升高。要使氣體整體達(dá)到所需的溫度，需要一定的傳熱時(shí)間。用溫差加熱方式加熱時(shí)，為提高加熱速度，就需升高外部溫度，加大溫差梯度，從而也增大了熱損失。

而內(nèi)通道高速氣體氣動(dòng)加熱方法是把高速壓縮空氣的一部分動(dòng)能和壓能直接轉(zhuǎn)化為其內(nèi)能(熱能)，故可在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到均勻加熱。而且，壓縮氣體被譽(yù)為“人類第二大能源”，可見該加熱方法有廣泛利用的基礎(chǔ)。但目前并未有這方面的相關(guān)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低、加熱均勻而且升溫迅速的氣動(dòng)式氣體加熱裝置以及加熱方法。

為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的：

一種氣體的超音速加熱裝置，包括由兩段直管相互密封連接的管道，管道內(nèi)壁設(shè)置有隔熱層，所述兩段直管連接處設(shè)置有支撐構(gòu)件聯(lián)接一個(gè)置于管道內(nèi)截面中心位置的噴管，該噴管與管道絕緣層之間形成一個(gè)正方向漸擴(kuò)的環(huán)形通道；該噴管內(nèi)設(shè)置有先縮后擴(kuò)的變截面氣流通道。

一種氣體的超音速加熱方法，包括下述步驟：

(1)首先在兩段直管內(nèi)壁設(shè)置隔熱層，然后用一個(gè)支撐構(gòu)件聯(lián)接一個(gè)噴管，將支撐構(gòu)件置于兩段直管相向的端面之間，再將兩段直管的相向端面密封連接成管道，并通過支撐構(gòu)件使噴管固定于管道內(nèi)截面中心位置，噴管與管道絕緣層之間形成一個(gè)漸擴(kuò)的環(huán)形通道；噴管內(nèi)設(shè)置有先縮后擴(kuò)的變截面氣流通道；

(2)將高速壓縮氣體由管道入口端以亞音速送入，當(dāng)高速氣流通過噴管時(shí)被分成兩股，中間一股進(jìn)入噴管內(nèi)先縮后擴(kuò)的變截面氣流通道，被加速至超音速；周圍一股則進(jìn)入噴管與隔熱層之間的漸擴(kuò)環(huán)形管道內(nèi)被減速，使兩股氣流在噴管末端匯合面上產(chǎn)生速度差，發(fā)生劇烈摩擦和擾動(dòng)而被加熱，被加熱氣體從管道的出口端流出。

上述方案中，所述噴管內(nèi)先縮后擴(kuò)的變截面氣流通道可采用錐形變截面氣流通道，最窄處和支撐構(gòu)件處于管道內(nèi)同一截面上。

本發(fā)明氣體的超音速加熱裝置及加熱方法，具有以下優(yōu)點(diǎn)：加熱速度快；加熱均勻；節(jié)能高效；清潔衛(wèi)生；尤其對(duì)氫氣、甲烷等易燃易爆的氣體的加熱，由于加熱裝置中沒有明火，因此安全環(huán)保。另外本裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耐用、不易損壞，在需要高溫氣體的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)可以得到廣泛應(yīng)用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中：1-連接法蘭；2-連接螺栓；3-密封墊圈；4-支撐構(gòu)件；5-噴管；6管道；7-隔熱層；8-變截面氣流通道；9-漸擴(kuò)環(huán)形通道。

圖2是圖1的A-A向剖視圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述：

如圖1、圖2所示，一種氣體的超音速加熱裝置，包括由兩段直管相互密封連接的管道6，管道內(nèi)壁設(shè)置有隔熱層7，兩段直管連接處設(shè)置有支撐構(gòu)件4聯(lián)接一個(gè)置于管道6內(nèi)截面中心位置的噴管5，該噴管與管道絕緣層7之間形成一個(gè)漸擴(kuò)的環(huán)形通道9；該噴管5內(nèi)設(shè)置有變截面氣流通道8，該變截面氣流通道8為一個(gè)先縮后擴(kuò)的錐形變截面氣流通道；其最窄處和支撐構(gòu)件4處于管道6內(nèi)的同一截面上(圖2)。兩段直管的密封連接處采用連接法蘭1，連接螺栓2和密封墊圈3。支撐構(gòu)件4的結(jié)構(gòu)為一個(gè)具有徑向四等分間隔筋的法蘭，管道7可采用鋼管。

高速壓縮氣體以亞音速v由左端(入口端)進(jìn)入管道6，氣流被分成2股，中間一股進(jìn)入噴管5的變截面氣流通道8；而邊緣的一股則進(jìn)入噴管5與隔熱層7之間的漸擴(kuò)環(huán)形通道9內(nèi)，前者被加速至超音速，而后者被減速，如此氣流便在匯合面B上產(chǎn)生劇烈剪切摩擦和擾動(dòng)，從而將氣體的較大一部分壓能和動(dòng)能直接轉(zhuǎn)化為氣體的內(nèi)能(熱能)，實(shí)現(xiàn)加熱氣體的目的；采用本實(shí)施例的裝置，氣體加熱的溫度可達(dá)25攝氏度。