[發明專利]連續式高速風洞液氮降溫輸運系統

有效

• 申請號: 201710353449.X
• 申請日: 2017-05-18
• 公開（公告）號: CN106969901B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發明（設計）人: 李峰;高超;郗忠祥;張國彪;周廷波;劉國元;李征;盛強;郝東東
• 申請（專利權）人: 西北工業大學;中國人民解放軍63837部隊
• 主分類號: G01M9/04
• 分類號: G01M9/04
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 陳星

本發明提出一種連續式高速風洞液氮降溫輸運系統，包括液氮存儲裝置、供配氣系統和液氮噴注裝置；液氮存儲裝置包括液氮儲罐、自增壓系統；供配氣系統包括液氮低溫泵、汽化器、高壓氣瓶組；自增壓系統使液氮儲罐內形成儲罐內壓力；儲罐內部分液氮在儲罐內壓力作用下能夠進入所述液氮低溫泵；液氮低溫泵將液氮輸送至汽化器，液氮在汽化器內蒸發增壓，而后進入高壓氣瓶組；高壓氣瓶組為氣控、儲罐預增壓和液氮擠推的高壓氣源；其中高壓氣瓶組中的高壓氮氣能夠擠推儲罐中的液氮，并通過液氮噴注裝置將液氮噴入風洞。本發明為建成我國第一套連續式高速風洞降溫系統提供了技術保障。

技術領域

本發明涉及連續式高速風洞液氮降溫輸運系統，適用于連續式高速風洞液氮降溫系統液氮的存儲、傳輸及噴注。

背景技術

雷諾數是風洞實驗模擬飛行器實際飛行能力的重要相似參數，研制高雷諾數風洞對我國航空工業和國防科技的發展具有重要戰略意義和工程應用價值。連續式高速風洞是由軸流壓縮機驅動的可連續長時間運行的回流式高速空氣動力學實驗平臺，其流場品質和實驗效率遠高于常規暫沖式風洞。但由于連續式高速風洞由大功率電機驅動，受能源系統的限制，其實驗段雷諾數與實際飛行雷諾數仍有一定差距，不能很好地滿足戰斗機和大型高速民機模型實驗的需求。雷諾數由流體密度、溫度、速度和模型尺寸決定，在實驗段尺寸與流體介質不易改變的情況下，降溫可增大流體密度，減小粘性系數，是一種提高實驗雷諾數有效途徑。我國目前在低溫連續式高速風洞方面尚屬空白，因此，研制適用于連續式高速風洞的液氮降溫系統及其相關低溫實驗技術對我國風洞技術創新與武器裝備研制具有重要意義。

技術角度講，可以在風洞內配置專用的制冷系統以降低風洞內氣流的溫度，但受到風洞尺寸的限制，以及制冷裝置對風洞流場的干擾，不易實現。液態氮是一種低沸點的惰性物質，具有蒸發快、化學性質穩定等特點，因此，可通過向風洞內噴灑液氮的方式，利用液氮的氣化吸熱效應，帶走風洞內的熱量，從而實現降低氣流溫度，增大實驗雷諾數的目的。為此，根據連續式高速風洞的結構特點和運行模式，針對氮氣的物理特性，需要研制一套適用于連續式高速風洞的液氮輸運系統及方法，以將液氮高效、可控地送入風洞，實現風洞的降溫運行。

發明內容

根據連續式高速風洞的結構特點和液氮的物理特性，本發明計算液氮的總需求量，設計液氮充灌及自增壓方法，確定液氮傳輸的驅動方式，設計液氮的噴入方法，提出了一種連續式高速風洞液氮降溫輸運系統，解決液氮存儲、擠推、流量控制及風洞洞體超壓、凍裂等技術問題，為連續式高速風洞降溫系統建立安全、可靠的液氮輸運技術手段。

本發明的技術方案為：

所述一種連續式高速風洞液氮降溫輸運系統，其特征在于：包括液氮存儲裝置、供配氣系統和液氮噴注裝置；

所述液氮存儲裝置包括液氮儲罐、自增壓系統；所述供配氣系統包括液氮低溫泵、汽化器、高壓氣瓶組；

所述自增壓系統使液氮儲罐內形成儲罐內壓力；儲罐內部分液氮在儲罐內壓力作用下能夠進入所述液氮低溫泵；液氮低溫泵將液氮輸送至汽化器，液氮在汽化器內蒸發增壓，而后進入高壓氣瓶組；所述高壓氣瓶組為氣控、儲罐預增壓和液氮擠推的高壓氣源；其中高壓氣瓶組中的高壓氮氣能夠擠推儲罐中的液氮，并通過液氮噴注裝置將液氮噴入風洞。

進一步的優選方案，所述一種連續式高速風洞液氮降溫輸運系統，其特征在于：所述液氮存儲裝置中的液氮儲罐采用立式真空粉末絕熱低溫液體貯槽；貯槽由保溫材料、內容器、外殼與真空式過濾器組成；液氮儲罐的總容積滿足連續式高速風洞穩定運行工況下的液氮流量需求，同時滿足連續式高速風洞準備過程和過渡過程所需消耗的液氮量需求。

進一步的優選方案，所述一種連續式高速風洞液氮降溫輸運系統，其特征在于：所述自增壓系統包括增壓輸入閥、調壓閥、自增壓汽化器、增壓輸出閥；增壓輸入閥、調壓閥、自增壓汽化器、增壓輸出閥連接成回路，增壓輸入閥和增壓輸出閥連接液氮儲罐；從增壓輸出閥輸出的低溫液氮經過自增壓汽化器吸熱汽化后，生成的氮氣回到儲罐內使壓力升高。