[實用新型]一種分區并聯組合式傳熱試驗裝置

有效

• 申請號: 201320119703.7
• 申請日: 2013-03-15
• 公開（公告）號: CN203275091U
• 公開（公告）日: 2013-11-06
• 發明（設計）人: 許曉勇;高翔宇;孫紀國;丁兆波;田原;趙世紅;李丹琳;王維彬
• 申請（專利權）人: 北京航天動力研究所
• 主分類號: G01M15/00
• 分類號: G01M15/00;G01N25/18
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 高尚梅;高爽

技術領域

本實用新型涉及一種分區并聯組合式傳熱試驗裝置，特別是涉及一種用于進行火箭發動機推力室等裝置的高壓大熱流再生冷卻結構或冷卻劑介質的對流換熱傳熱特性研究，也可用于航空航天、熱能工程等任何涉及到對流換熱型傳熱與冷卻的領域的分區并聯組合式傳熱試驗裝置。

背景技術

隨著航天技術的迅速發展，載人登月和深空探測等航天任務需要更大推力、更高性能、更長壽命的火箭動力裝置。因此，各航天大國投入巨資競相開展高室壓、高性能，且具備可重復使用能力的大推力液體火箭發動機推力室的研制。

液體火箭發動機推力室室壓高達10MPa以上，推力室內燃氣溫度高達3600K（氫氧推進劑），因此必須對推力室室壁進行冷卻，一般采用推進劑如液氫進行強制對流再生冷卻，冷卻結構常選擇銑槽式冷卻通道結構。冷卻結構內壁熱流大、溫差高，承受著很大的熱應力，工作環境非常惡劣，其冷卻效果是決定推力室乃至整個發動機工作可靠性及壽命的關鍵因素。要設計高可靠性、可重復使用的推力室就必須深入研究不同冷卻通道結構內的傳熱特性，進行對比和優選，從而選擇滿足性能、可靠性以及壽命要求的冷卻通道結構。

傳統的冷卻通道傳熱特性研究普遍采用縮尺傳熱身部進行熱試驗，即針對每種設計的冷卻通道結構設計并生產至少一件縮尺傳熱身部，同時生產一件或幾件設計狀態相同的頭部以組織推進劑噴注燃燒來提供高溫高壓燃氣模擬全尺寸推力室的熱源環境，然后頭部與身部分別對接裝配后進行傳熱試驗研究，每種冷卻通道結構的縮尺傳熱身部都至少需進行一次熱試驗，試驗中測量冷卻通道的壓力和溫度等傳熱參數用于試后的傳熱特性分析，最終對不同冷卻結構縮尺傳熱身部的傳熱特性進行對比、優選和優化，為確定全尺寸推力室身部冷卻通道結構提供基礎和依據。

傳統的冷卻通道傳熱特性研究所采用的縮尺傳熱身部試驗裝置存在兩點不足：首先，進行對比的不同方案冷卻通道結構的縮尺傳熱身部在進行傳熱試驗時高溫高壓熱源不一致，雖然頭部設計狀態相同或采用同一臺頭部，但每次熱試驗時的頭部燃燒狀態受產品臺份差異以及試驗臺試驗調節能力限制影響而存在明顯的差異，這就導致不同傳熱身部的熱輸入就存在差異，從而對方案間的傳熱特性對比帶來天然固有誤差；其次，每種冷卻通道結構都需要設計和生產至少一件縮尺傳熱身部，并進行至少一次傳熱試驗，從而造成試驗件數量和試驗次數龐大，生產成本和試驗成本巨大，且研究周期長。

因此亟需提供一種新型的分區并聯組合式傳熱試驗裝置。

發明內容

本實用新型要解決的技術問題是提供一種方便、快捷、高效、低廉的，可對比研究不同冷卻通道結構的傳熱特性的分區并聯組合式傳熱試驗裝置。

為解決上述技術問題，本實用新型一種分區并聯組合式傳熱試驗裝置，包括依次連接的頭部、圓柱狀銑槽式身部、收斂擴張型身部；圓柱狀銑槽式身部包括圓柱狀身部外壁、圓柱狀身部溝槽內壁，以及夾于圓柱狀身部外壁與圓柱狀身部溝槽內壁之間的冷卻通道；其特征在于：冷卻通道沿周向均勻分為彼此密封的四個區；對應冷卻通道的四個區，圓柱狀銑槽式身部沿周向均勻分為4個區；圓柱狀銑槽式身部每個區的尾端都連接有冷卻劑進口接管嘴、冷卻劑進口集合器、冷卻劑壓力測量接管嘴以及溫度測量接管嘴；每個區的前端都連接有冷卻劑出口接管嘴、冷卻劑出口集合器、冷卻劑壓力測量接管嘴，以及溫度測量接管嘴。

冷卻通道各區之內設有若干肋條，冷卻通道相鄰區之間通過肋條密封，冷卻通道四個區的肋條數、肋條高度和槽寬各不相同。

冷卻通道四個區的肋條上安裝有肋條溫度傳感器組。

肋條溫度傳感器組包括，固定于圓柱狀銑槽式身部的外壁上的兩個螺柱、固定于螺柱之間的熱電偶加持裝置、以及固定于熱電偶加持裝置之上的若干肋條溫度測量熱電偶；肋條溫度測量熱電偶伸入到肋條徑向不同位置處。

肋條溫度測量熱電偶伸入到肋條徑向最深的位置距離圓柱狀銑槽式身部的內壁內表面0.5mm。

冷卻通道每區上均安裝有冷卻通道測量傳感器。

冷卻通道測量傳感器，包括冷卻通道冷卻劑壓力測量傳感器和溫度測量傳感器。

冷卻通道冷卻劑壓力測量傳感器包括，壓力傳感器與接管嘴，接管嘴固定在圓柱狀銑槽式身部的外壁上，將冷卻通道與壓力傳感器連通。