[發(fā)明專利]基于常溫的水浴式液氮汽化方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610839163.8
• 申請(qǐng)日: 2016-09-21
• 公開（公告）號(hào): CN107543030A
• 公開（公告）日: 2018-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張文兵;李新明;張俊剛;方貴前;楊江;向樹紅;王磊;張強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所
• 主分類號(hào): F17C7/04
• 分類號(hào): F17C7/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航天器噪聲環(huán)境試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于常溫的液氮汽化方法。

背景技術(shù)

航天器在發(fā)射和飛行階段會(huì)經(jīng)歷嚴(yán)酷的噪聲環(huán)境，噪聲環(huán)境會(huì)誘發(fā)嚴(yán)重的振動(dòng)響應(yīng)，航天器的破壞或失效與振動(dòng)響應(yīng)的激烈程度密切相關(guān)。航天器噪聲環(huán)境試驗(yàn)是模擬航天器經(jīng)歷噪聲環(huán)境、檢測航天器設(shè)計(jì)可靠性的必備手段，在航天器研制進(jìn)程中具有重要作用，航天器噪聲環(huán)境試驗(yàn)一般在混響室噪聲試驗(yàn)系統(tǒng)中進(jìn)行。大功率聲源是混響室噪聲試驗(yàn)系統(tǒng)的必要設(shè)備，大功率聲源一般采用將氣體的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為聲能，穩(wěn)定流速的氣源是試驗(yàn)系統(tǒng)重要的組成部分。航天器噪聲環(huán)境試驗(yàn)要求的試驗(yàn)空間大，聲壓級(jí)高，這就要求混響室噪聲試驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)具備相當(dāng)大規(guī)模的氣源系統(tǒng)，例如，一個(gè)1000m³混響室，要達(dá)到153dB的總聲壓級(jí)，其標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氣流量約為300m³/min，同時(shí)還要求一定的持續(xù)時(shí)間。另外，氣源的選擇要考慮潔凈度要求、綜合經(jīng)濟(jì)性能、環(huán)境污染等方面。

大型氣源系統(tǒng)一般采用大型空壓機(jī)壓縮空氣或液氮汽化辦法獲取，對(duì)于大型航天器噪聲環(huán)境試驗(yàn)所需氣源規(guī)模，空壓機(jī)壓縮空氣方法氣流量很難滿足應(yīng)用需求，空氣易受環(huán)境污染，而且設(shè)備占用空間大，能耗高。常規(guī)液氮汽化方法一般采用空氣對(duì)流換熱方法，空氣熱容量較低，對(duì)于大流量氣源應(yīng)用所需汽化換熱設(shè)備規(guī)模龐大，另外，這一方法受空氣環(huán)境溫度影響較大，在冬季低溫時(shí)間，液氮汽化速度較慢，很難滿足高氣流量應(yīng)用需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明利用水熱量大的特點(diǎn)，提供了一種采用常溫水浴式液氮汽化方法，該方法能夠獲得大流量、潔凈氮?dú)庠?，用于大型航天器噪聲環(huán)境試驗(yàn)。

本發(fā)明采用的技術(shù)解決方案如下：

基于常溫的水浴式液氮汽化系統(tǒng)，包括自增壓液氮貯槽、液氮輸液管路、汽化池、水浴式汽化器、氮?dú)廨敵龉苈?，其中，通過對(duì)液氮貯槽進(jìn)行升壓，壓差通過液氮輸液管路將液氮貯槽中的液氮輸入到水浴式汽化器中，汽化器放置在充滿常溫水的汽化池水面下，利用熱容量大的水對(duì)液氮進(jìn)行汽化換熱，通過氮?dú)廨敵龉苈沸纬煞€(wěn)定的氣流輸出。

其中，液氮貯槽自帶自增壓設(shè)備，設(shè)計(jì)壓力選擇1.8MPa，根據(jù)試驗(yàn)耗氣量設(shè)計(jì)貯槽容積，試驗(yàn)中氮?dú)饪傁牧康挠?jì)算公式如下：

V＝L_w×t×N_t

式中V為氮?dú)饪傁牧?，L_w為單次試驗(yàn)氮?dú)庀牧浚瑃為單次試驗(yàn)時(shí)間，N_t為試驗(yàn)工況數(shù)，氮?dú)饪傁牧哭D(zhuǎn)換為液氮的計(jì)算公式為：

V_L＝V/β

式中V_L為液氮總消耗量，β為液氮汽化的膨脹系數(shù)，取為676。液氮總消耗量即為設(shè)計(jì)的液氮貯槽容積。

其中，液氮輸液管路采用耐低溫管材，一般選擇0Cr18Ni9不銹鋼材料，液氮輸液管路的液氮管徑如下：

式中v為液氮流速，一般v≤2m/s，β為液氮汽化的膨脹系數(shù)，取為676。

其中，水浴式汽化器由盤管和支架組成，其中蛇形排列的盤管受到支架的支撐。

進(jìn)一步地，盤管總長度為：

其中r為盤管半徑，S為換熱面積，盤管厚度應(yīng)考慮工作壓力進(jìn)行選擇，汽化器總體尺寸應(yīng)結(jié)合汽化池尺寸及盤管總長度等進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。

其中，液氮輸液管路和氮?dú)廨敵龉苈飞戏謩e設(shè)置有低溫閥門和手動(dòng)閥門。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明利用水熱容量大的特定，可進(jìn)行超大熱負(fù)荷汽化換熱，從而獲取高速穩(wěn)定的潔凈氮?dú)饬鳎墉h(huán)境溫度影響較小。方法原理簡單可行，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，常溫水資源可重復(fù)利用，運(yùn)行成本低，無其它能源消耗。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的基于常溫的水浴式液氮汽化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，1、自增壓液氮貯槽；2、低溫閥門；3、液氮輸液管路；4、汽化池；5、水浴式汽化器；6、常溫水；7、氮?dú)廨敵龉苈罚?、手動(dòng)閥門。

圖2為本發(fā)明的基于常溫的水浴式液氮汽化系統(tǒng)中汽化器的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，21、盤管；22、支架。

具體實(shí)施方式

以下介紹的是作為本發(fā)明所述內(nèi)容的具體實(shí)施方式，下面通過具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的所述內(nèi)容作進(jìn)一步的闡明。當(dāng)然，描述下列具體實(shí)施方式只為示例本發(fā)明的不同方面的內(nèi)容，而不應(yīng)理解為限制本發(fā)明范圍。