[發(fā)明專利]一種超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)自適應(yīng)強(qiáng)化換熱系統(tǒng)及其換熱方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910071590.6
• 申請(qǐng)日: 2009-03-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101509438A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-08-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鮑文;段艷娟;周偉星;于達(dá)仁
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): F02K7/10
• 分類號(hào): F02K7/10
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 岳泉清

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種發(fā)動(dòng)機(jī)自適應(yīng)強(qiáng)化換熱系統(tǒng)的換熱方法。

背景技術(shù)

目前超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室壁面常用材料為鎳基耐熱合金，為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)安全工作，一般都要使發(fā)動(dòng)機(jī)壁面材料工作在材料屈服極限以下，所以此類發(fā)動(dòng)機(jī)材料的耐熱溫度一般在550℃-600℃之間。超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室壓力高，經(jīng)過(guò)燃燒室壁面的熱流密度大，燃?xì)鉁囟?2500℃左右)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了這些材料所能承受的溫度。發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的復(fù)雜激波波系、燃燒脈動(dòng)和燃燒振蕩導(dǎo)致壁面的換熱條件變化很大，這樣惡劣的條件很容易引起燃燒室局部熱流密度過(guò)大，局部壁面溫度過(guò)高，很短的時(shí)間內(nèi)燃燒室壁面就可能燒毀。因此防止發(fā)動(dòng)機(jī)壁面過(guò)熱是發(fā)動(dòng)機(jī)熱防護(hù)的核心問(wèn)題之一。超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)部激波附面層相互作用導(dǎo)致局部劇烈換熱是產(chǎn)生巨大局部熱流而使壁面超溫的原因之一。超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的激波系位置變化劇烈，隨著工況的變化最大熱流點(diǎn)可能出現(xiàn)遍歷發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的各個(gè)位置。

傳熱強(qiáng)化是上世紀(jì)六十年代蓬勃發(fā)展起來(lái)的一種改善傳熱性能的先進(jìn)技術(shù)。人工粗糙度強(qiáng)化換熱通過(guò)在換熱表面設(shè)置人為粗糙度以增加表面擾動(dòng)，提高流體湍流度，從而增加局部換熱效率，由于簡(jiǎn)單易行而成為對(duì)流強(qiáng)化換熱中應(yīng)用最廣的一種方式，而且這是最有效地提高換熱系數(shù)的方法，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于超然沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻通道上面，很小的擾動(dòng)就能很大改善冷卻通道的換熱性能。然而，使用固定結(jié)構(gòu)及人工粗糙度方法也面臨很多問(wèn)題和挑戰(zhàn)，固定結(jié)構(gòu)及人工粗糙度強(qiáng)化換熱無(wú)法應(yīng)對(duì)高溫區(qū)域變化的情況。為了應(yīng)對(duì)這種情況，傳統(tǒng)的方法往往是比較保守的，會(huì)在高溫區(qū)域可能出現(xiàn)的位置都使用強(qiáng)化換熱結(jié)構(gòu)，這樣會(huì)增加流道內(nèi)的阻力損失，而且會(huì)損失冷卻介質(zhì)熱沉。

如果有一種技術(shù)，在高溫側(cè)壁面局部溫度為高溫時(shí)可以自適應(yīng)的形成強(qiáng)化換熱結(jié)構(gòu)，當(dāng)溫度降低后可以自適應(yīng)的轉(zhuǎn)化為平坦結(jié)構(gòu)，并且不需要外部的動(dòng)力源，就可以大大的改善發(fā)動(dòng)機(jī)高溫區(qū)域壁面的溫度，從而實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)強(qiáng)化換熱的目的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)自適應(yīng)強(qiáng)化換熱系統(tǒng)自適應(yīng)強(qiáng)化換熱方法，以解決現(xiàn)有超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)壁面出現(xiàn)超溫，而采用固定結(jié)構(gòu)及人工粗糙度強(qiáng)化換熱無(wú)法應(yīng)對(duì)高溫區(qū)域變化的問(wèn)題。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采取的技術(shù)方案是：本發(fā)明的系統(tǒng)包括燃燒室壁，所述燃燒室壁的外壁上加工有多個(gè)凹槽構(gòu)成冷卻通道；所述系統(tǒng)還包括多個(gè)雙金屬片，所述多個(gè)雙金屬片的一端固定在冷卻通道內(nèi)的燃燒室壁4的外壁上。

本發(fā)明的方法是這樣實(shí)現(xiàn)的：步驟一、在燃燒室壁的外壁上加工有多個(gè)凹槽構(gòu)成冷卻通道，將多個(gè)雙金屬片的一端固定在冷卻通道內(nèi)的燃燒室的外壁上，再將燃燒室裝在超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)外套的內(nèi)腔中，燃燒室壁的外壁與超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)外套的內(nèi)壁相接觸，向冷卻通道內(nèi)充入冷卻介質(zhì)，此時(shí)，雙金屬片沒(méi)有動(dòng)作；步驟二、當(dāng)與冷卻介質(zhì)相接觸的燃燒室壁的局部區(qū)域的溫度達(dá)到550℃～600℃時(shí)，設(shè)置在此局部區(qū)域內(nèi)的雙金屬片受熱彎曲，沒(méi)有固定的一端抬高形成粗糙度，導(dǎo)致這一局部區(qū)域內(nèi)的冷卻介質(zhì)流動(dòng)強(qiáng)化換熱，當(dāng)經(jīng)過(guò)強(qiáng)化換熱后的燃燒室壁的局部區(qū)域的溫度降到500℃～540℃時(shí)，設(shè)置在此局部區(qū)域內(nèi)的雙金屬片又恢復(fù)到初始狀態(tài)。

本發(fā)明具有以下有益效果：一、本發(fā)明的系統(tǒng)采用雙金屬片為執(zhí)行機(jī)構(gòu)基本上很少增加系統(tǒng)的重量，雙金屬片兼有傳感和驅(qū)動(dòng)的雙重功能，實(shí)現(xiàn)了燃燒室壁面強(qiáng)化換熱結(jié)構(gòu)的微型化和智能化；同時(shí)這一結(jié)構(gòu)沒(méi)有電子的測(cè)量反饋等元件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠。當(dāng)雙金屬片所處的溫度變化后，它能通過(guò)線膨脹系數(shù)的不同來(lái)改變自己的形狀，這就有效地響應(yīng)系統(tǒng)局部高溫區(qū)域的變化，可以在各種工況下用較小的冷卻介質(zhì)流量換得較好的冷卻效果。二、本發(fā)明的方法通過(guò)雙金屬片(主動(dòng)層和被動(dòng)層)熱膨脹系數(shù)在某些溫度范圍內(nèi)差別比較大的性能，實(shí)現(xiàn)了面臨超溫以及高溫區(qū)隨機(jī)變化問(wèn)題的燃燒室壁面溫度的自適應(yīng)強(qiáng)化換熱，很小的變形就已經(jīng)能很好地實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化換熱。因此，本發(fā)明的方法特別適合在超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)等面臨超溫問(wèn)題的系統(tǒng)上應(yīng)用。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)的橫截面圖，圖2是圖1的A-A剖面圖(雙金屬片3未彎曲變形的情況下)，圖3是圖2中的雙金屬片3彎曲變形后的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式