[發明專利]一種可抑制超臨界流體流量分配偏差的通道結構

有效

• 申請號: 202011089489.6
• 申請日: 2020-10-13
• 公開（公告）號: CN112228905B
• 公開（公告）日: 2022-01-21
• 發明（設計）人: 姜俞光;周啟林;王常偉;張晉;范瑋
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: F23R3/28
• 分類號: F23R3/28;F02K7/10;F02K7/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提出了一種可抑制超臨界流體流量分配偏差的通道結構，包括冷劑進口、進口集液腔室、液態腔室、混合腔室、超臨界態腔室、出口集液腔室及冷劑出口，其中，液態腔室包括多個平行設置的等截面流道，混合腔室包括多個規律設置的楔形擾流結構，超臨界態腔室包括多個等間隔設置的變截面流道。該通道結構可使流道間臨界態附近流體相互摻混，以減小流道間壓力差及溫差，并且可降低超臨界態流體流動阻力對壁面熱流變化的敏感度，從而抑制多模態熱環境下的流道間流量分配偏差，提高流量分配均勻性。

技術領域

本發明屬于流動和傳熱技術領域，具體涉及為一種可抑制超臨界流體流量分配偏差的通道結構。

背景技術

以超燃沖壓發動機為動力的高超聲速飛行器，是各軍事強國極其關注的研究熱點。相比于其他形式的發動機，超燃沖壓發動機結構相對簡單、成本低、航程遠，同時可以與其他發動機組成組合型發動機擴大飛行范圍，如TBCC、RBCC，因此被認為是在大氣層內實現高超聲速飛行的理想動力來源。

隨著飛行馬赫數的提高，超燃沖壓發動機面臨著非常嚴峻的熱環境考驗。當來流馬赫數為6時，滯止溫度可達1600K，而燃燒后燃氣溫度超過2700K，壁面熱流密度最大值高達10-20MW/m²。如果僅僅依靠被動材料，無法保證發動機長航時、高馬赫數下的安全運行。選用所攜帶碳氫燃料作為冷卻劑的再生冷卻則是一種主要采用的主動熱防護方法。具體到再生冷卻的技術實施上，冷卻通道并聯布置在各個熱流壁面上，流動方向與發動機整體軸向平行。在實際工作過程中，并聯通道系統由于分匯流等固有屬性，各支路的流量必然存在著冷態偏差。加熱條件下，碳氫燃料由液態吸熱進入超臨界態，物性劇烈變化，引起各支路間流動阻力變化，為了匹配進出口壓降關系，各支路流量將自適應重新分配。比如同等加熱條件下，冷態偏差中較小流量支路溫升快、密度低，該支路內流體流速增大，阻力增加，所以只能通過減小其流量來減小阻力，滿足各并聯通道兩端壓差相等的條件，故壁面加熱將加劇各支路間的流量分配偏差。此外，燃燒釋熱和氣動加熱施加給壁面非定常、非均勻的熱載荷，即壁面熱流是一個時變的、具有分布特性的參數，這將導致各支路間流量偏差的進一步加劇。從而出現燃料冷卻能力不合理利用，有限熱沉被嚴重浪費，甚至局部壁面溫度過高而燒毀發動機的可怕后果。

為了滿足冷卻需求，需要控制各支路間的流量偏差，合理分配冷卻能力，熱流大的區域，冷卻劑流量應相對較大。受限于結構和冷卻通道數目，想要對每條冷卻通道流量進行分別主動控制，消除流量偏差，是不現實的。發展一種簡單可行的通道結構對復雜多變熱載荷下支路間的流量偏差進行有效抑制則是解決問題的關鍵。

發明內容

要解決的技術問題

本發明提出一種可抑制超臨界流體流量分配偏差的通道結構，以減小多模態熱環境下冷卻通道支路間流量分配偏差，合理分配冷卻能力，充分利用有限熱沉，避免局部高溫而出現冷卻失敗。

本發明的技術方案為：

一種可抑制超臨界流體流量分配偏差的通道結構，包括冷劑進口、進口集液腔室、液態腔室、混合腔室、超臨界態腔室、出口集液腔室及冷劑出口，所述液態腔室包括多個平行設置的等截面流道，所述混合腔室包括多個規律設置的楔形擾流結構，所述超臨界態腔室包括多個等間隔設置的變截面流道，所述等截面流道的數量及位置同所述變截面流道分別對應。

進一步地，所述混合腔室中心位置設置在傳統通道結構高溫流道臨界態流體處，所述混合腔室流向長度大于10倍的所述液態腔室流道寬度，所述傳統通道結構為整體內流道均采用液態腔室內流道結構設計的通道結構。

進一步地，所述楔形擾流結構同所述液態腔室流道間隔錯位布置，所述楔形擾流結構寬度等于所述液態腔室流道寬度。

進一步地，所述變截面流道中進出口截面面積比大于0.5且小于1。

有益效果