[發明專利]基于透平膨脹機逆布雷頓循環的風洞試驗方法

有效

• 申請號: 202110921764.4
• 申請日: 2021-08-12
• 公開（公告）號: CN113375892B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 牛璐;田富竟;高鵬;司標;洪興富;任國柱
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發展中心高速空氣動力研究所
• 主分類號: G01M9/02
• 分類號: G01M9/02
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 王丹

1.基于透平膨脹機逆布雷頓循環的風洞試驗方法，其特征在于，所述的風洞試驗方法使用的基于透平膨脹機逆布雷頓循環的風洞試驗系統包括沿氣流方向通過管道順序連接的原料氣源（1）、原料氣純化裝置（2）、壓縮機（3）、壓縮機冷卻器（4）、換熱器（5）的高溫側、透平膨脹機（6）、風洞洞體（7）、換熱器（5）的低溫側和循環出口（8），循環出口（8）直通大氣環境或者連接原料氣源（1）；保溫層（9）覆蓋在風洞試驗系統中氣流溫度低于或高于環境溫度的設備、管道和閥門上；

所述的壓縮機（3）、換熱器（5）、透平膨脹機（6）、風洞洞體（7）組成逆布雷頓循環，壓縮機（3）對原料氣或循環氣進行增壓、換熱器（5）為壓縮氣流與回流氣流的換熱部件、透平膨脹機（6）提供降溫冷量、風洞洞體（7）為用冷和吹風試驗部件；

將風洞洞體（7）作為用冷部分，結合等熵壓縮、等壓冷卻、等熵膨脹過程建立逆布雷頓循環，通過循環熱力學設計，不僅保證試驗氣體經透平膨脹機（6）的近等熵絕熱膨脹過程后仍具備滿足風洞試驗運行的總壓，而且，試驗氣體形成的低至工質飽和液態溫度的低溫試驗氣流提高了風洞試驗段雷諾數；

所述的風洞試驗方法包括以下步驟：

a.氣體純化；原料氣源（1）中的原料氣進入原料氣純化裝置（2），原料氣中的純凈工質被保留，烷烴類、二氧化碳、水分及雜質被除去，得到氣體Ⅰ；

b.氣體壓縮冷卻；氣體Ⅰ經過壓縮機（3）壓縮，壓力和溫度升高，再經壓縮機冷卻器（4）冷卻，降溫至環境溫度，得到氣體Ⅱ；

c.氣體膨脹；氣體Ⅱ首先經過換熱器（5）將溫度繼續降低，得到氣體Ⅲ，氣體Ⅲ進入透平膨脹機（6）進行等熵膨脹降溫，在透平膨脹機（6）中，根據風洞試驗的工況要求，氣體Ⅲ進行過熱的單相膨脹或兩相膨脹，得到氣體Ⅳ；

d.風洞吹風；氣體Ⅳ進入風洞洞體（7），經風洞洞體（7）的擴散段、穩定段、收縮段后進入試驗段，提供滿足風洞試驗雷諾數、馬赫數要求的吹風氣流，進行風洞試驗，出口氣流為氣體Ⅴ；

e.余氣處理；氣體Ⅴ進入換熱器（5）與氣體Ⅱ進行換熱，復溫后得到氣體Ⅵ，氣體Ⅵ從循環出口（8）直接排放到大氣環境或進入原料氣純化裝置（2）進行再循環。

2.根據權利要求1所述的基于透平膨脹機逆布雷頓循環的風洞試驗方法，其特征在于，所述的壓縮機（3）為一級或多級壓縮機（3），壓縮機冷卻器（4）為與壓縮機（3）配套的一級或多級壓縮機冷卻器（4）。

3.根據權利要求1所述的基于透平膨脹機逆布雷頓循環的風洞試驗方法，其特征在于，所述的透平膨脹機（6）為一級或多級透平膨脹機（6）。

4.根據權利要求1所述的基于透平膨脹機逆布雷頓循環的風洞試驗方法，其特征在于，所述的透平膨脹機（6）的出口氣流熱力狀態為單相過熱流體或者氣液兩相流體。

5.根據權利要求1所述的基于透平膨脹機逆布雷頓循環的風洞試驗方法，其特征在于，所述的換熱器（5）為一級或多級換熱器（5）。

6.根據權利要求1所述的基于透平膨脹機逆布雷頓循環的風洞試驗方法，其特征在于，所述的風洞洞體（7）中的風洞試驗段為直通段或者型面結構段。