[發明專利]一種常規高超聲速風洞氣流余熱利用系統

在審

• 申請號: 201711365201.1
• 申請日: 2017-12-18
• 公開（公告）號: CN108007666A
• 公開（公告）日: 2018-05-08
• 發明（設計）人: 劉國斌
• 申請（專利權）人: 劉國斌
• 主分類號: G01M9/04
• 分類號: G01M9/04
• 代理公司: 北京中創陽光知識產權代理有限責任公司 11003
• 代理人: 張宇鋒

本發明公開了一種常規高超聲速風洞氣流余熱利用系統，該余熱利用系統包括余熱存儲系統、循環換熱系統、測量控制系統以及兩個截止閥；兩個截止閥分別設置在風洞進氣管道上風洞換熱器前以及風洞排氣管道上風洞換熱器后；余熱存儲系統用于存儲加熱器余熱，循環換熱系統用于將風洞加熱器的余熱導出，并傳輸到余熱存儲；系統測量控制系統用于狀態監測，狀態轉換的控制，安全控制以及狀態數據的測量、處理等。本申請對常規高超聲速風洞設備的改動最小，不影響原設備的性能；實現了對風洞加熱器和風洞本體的冷卻，不但充分利用了加熱器的余熱，而且利用了風洞其他部件的剩余熱量。

技術領域

本發明涉及高超聲速風洞余熱利用領域，具體涉及一種常規高超聲速風洞氣流余熱利用系統。

背景技術

常規高超聲速風洞是以純凈空氣為工作介質和以對流方式加熱的高超聲速風洞，是高超聲速飛行器研制必備的試驗設備。上世紀50年代，為了滿足高超聲速飛行器研制需要，人們開始建造常規高超聲速風洞，自此以后，隨著高超聲速飛行器的不斷發展，常規高超聲速風洞一直處于改造和建設之中，設備的規模越來越大。以風洞噴管的出口尺寸計，常規高超聲速風洞從最初的200～300mm量級，發展到目前的1000～1200mm量級。展望今后高超聲速飛行器的發展，美國已經對2400～3000mm量級常規高超聲速風洞提出建設需求。

但是，隨著風洞尺寸的增加，風洞運行所耗費的能源迅速增加。以常規高超聲速風洞在馬赫數5至8時所需的加熱功率為例，不同尺寸的風洞所需加熱功率為：500～700mm量級，所需加熱功率約6～8兆瓦；2400～3000mm量級，所需加熱功率約250～320兆瓦。

如何在滿足高超聲速飛行器試驗對風洞尺寸要求的條件下，節省風洞運行時的能量消耗，已成為常規高超聲速風洞設計技術發展必須考慮的重要問題。

目前，國內外的常規高超聲速風洞設計中均未考慮氣流余熱的利用。對于采用蓄熱式加熱的常規高超聲速風洞，王鐵進等在2016年發表的關于未來大型常規高超聲速風洞的方案研究中，對于2400～3000mm量級的風洞，提出了一種余熱回收的方法，如圖1所示，其過程如下：低溫的風洞氣流沿箭頭方向首先經過風洞換熱器，然后通過加熱器加熱，氣流達到一定溫度，滿足實驗要求，接著氣流進過風洞本體，完成試驗功能，但實驗過程中氣流流量不變，只消耗部分動能和熱能，然后，氣流流出風洞本體，經過風洞換熱器時，將部分熱能轉換給剛進入風洞換熱器的低溫的風洞氣流。經過風洞換熱器后，氣流被排入大氣。該方案僅僅實現了風洞工作時，氣流中剩余熱量的回收，而無法實現風洞停止工作后，加熱器內剩余熱量的回收。風洞加熱器中剩余的熱量與風洞運行時所消耗的熱量相當，但在目前的風洞設計中，為了保護加熱器，在試驗結束后，通常采用通氣冷卻的方式，將加熱器內的熱量排入大氣中散發掉。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種常規高超聲速風洞氣流余熱利用系統，其對常規高超聲速風洞設備的改動最小，不影響原設備的性能；實現了對風洞加熱器和風洞本體的冷卻，不但充分利用了加熱器的余熱，而且利用了風洞其他部件的剩余熱量。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種常規高超聲速風洞氣流余熱利用系統，所述余熱利用系統包括余熱存儲系統、循環換熱系統、測量控制系統以及兩個截止閥；兩個所述截止閥分別設置在風洞進氣管道上風洞換熱器前以及風洞排氣管道上風洞換熱器后；所述余熱存儲系統包括換熱器以及與所述換熱器連接的存儲容器和介質；所述循環換熱系統包括動力系統、傳輸介質、介質補充器、閥門和管路；所述介質補充器、換熱器以及所述動力系統通過所述管路依次連接，形成所述循環換熱系統的氣流通道，將此通道的兩端分別通過所述閥門與風洞進氣管道和排氣管道相連，與風洞進氣管道相連的接口在風洞換熱器前，和排氣管道相連的接口在風洞換熱器后；所述測量控制系統包括主機、可編程控制器、測控軟件、顯示器、控制柜、傳感器以及連接線路，用于狀態監測、狀態轉換的控制、安全控制以及狀態數據的測量、處理。