[發明專利]采用逆布雷頓循環控制溫度的暫沖式風洞系統和試驗方法

有效

• 申請號: 202110921775.2
• 申請日: 2021-08-12
• 公開（公告）號: CN113483985B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 牛璐;司標;田富竟;肖楚璠;葛雨珩;黃攀宇;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: G01M9/04
• 分類號: G01M9/04;G01M9/06
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 王丹

本發明公開了一種采用逆布雷頓循環控制溫度的暫沖式風洞系統和試驗方法。該暫沖式風洞系統包括順序連接的原料氣源、原料氣純化裝置、壓縮機、壓縮機冷卻器、回熱器的高溫側、透平膨脹機、風洞洞體內的換熱器（或氣流輸入/排出裝置）、回熱器的低溫側，回熱器低溫側出口直通大氣環境或連接原料氣源；風洞洞體外置洞體氣源；保溫層覆蓋在氣流溫度低于或高于環境溫度的設備、管道和閥門上。該試驗方法包括氣體純化，氣體壓縮冷卻，氣體膨脹，風洞吹風和余氣處理。暫沖式風洞系統結構簡單，風洞試驗方法流程簡單、可調溫度范圍廣、溫度控制精度高、可選用氣體工質類型多、操作彈性大、單位能耗低和提高模擬雷諾數潛力大。

技術領域

本發明屬于風洞試驗技術領域，具體涉及一種采用逆布雷頓循環控制溫度的暫沖式風洞系統和試驗方法。

背景技術

跨聲速飛行和流動過程存在很多粘性主導的復雜流動現象，如邊界層發展與轉捩、流動分離、激波與邊界層干擾等，直接影響飛行器和透平機械葉片的氣動特性。為了適應先進飛行器和透平機械的研制與發展，急需提高跨聲速風洞的雷諾數模擬能力，有必要設計高雷諾數風洞系統并建立吹風試驗方法。

逆布雷頓循環包括等熵壓縮、等壓冷卻、等熵膨脹和等壓吸熱4個過程，分別由壓縮機、換熱器、透平膨脹機和用冷設備組成，其中，高效的透平膨脹機是決定逆布雷頓循環能效的關鍵設備。逆布雷頓熱力循環具有系統簡單、運轉可靠、溫區范圍廣、工質易得（可使用空氣作為循環介質）等優點，特別在制冷和低溫領域得到了廣泛的應用與發展。

對于風洞，通過合理的逆布雷頓循環的熱力學設計，不僅可以保證氣體工質經透平膨脹機在近等熵絕熱膨脹后在設計點具有較高的運行效率，并且可以使氣體工質更深入的膨脹，在透平膨脹機出口達到飽和或氣液兩相狀態，為風洞提供更充足的換熱冷量，這是風洞進一步提高試驗模擬雷諾數的有效手段。因此，通過一定的控制手段，使用透平膨脹機的逆布雷頓循環可使風洞工作在從常溫到低溫的較寬溫度區間內，顯著提高風洞試驗工況彈性和溫度控制精度，有助于提升風洞生產的經濟性和持續性。

當前，亟需發展一種采用逆布雷頓循環控制溫度的暫沖式風洞系統和試驗方法。

發明內容

本發明所要解決的一個技術問題是提供一種采用逆布雷頓循環控制溫度的暫沖式風洞系統，本發明所要解決的另一個技術問題是提供一種采用逆布雷頓循環控制溫度的暫沖式風洞試驗方法。

本發明的采用逆布雷頓循環控制溫度的暫沖式風洞系統，其特點是，所述的暫沖式風洞系統包括沿氣流方向順序連接的原料氣源、原料氣純化裝置、壓縮機、壓縮機冷卻器、回熱器高溫側、透平膨脹機、風洞洞體內的換熱裝置，回熱器的低溫側，回熱器的低溫側出口直通大氣環境或者連接原料氣源；風洞洞體外還安裝有洞體氣源，洞體氣源沿風洞洞體氣流方向向風洞洞體內供氣；保溫層覆蓋在風洞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；

換熱裝置為換熱器或者氣流輸入/排出裝置中的一種；選擇換熱器時，透平膨脹機使用的氣體與風洞洞體的氣體相同或者不同；選擇氣流輸入/排出裝置時，透平膨脹機使用的氣體與風洞洞體的氣體相同。

進一步地，所述的壓縮機為一級或多級壓縮機，壓縮機冷卻器為與壓縮機配套的一級或多級壓縮機冷卻器。

進一步地，所述的回熱器為一級或多級回熱器。

進一步地，所述的透平膨脹機為一級或多級透平膨脹機。

進一步地，所述的透平膨脹機的出口氣流熱力狀態為單相過熱流體或者氣液兩相流體。

進一步地，所述的風洞洞體中的風洞試驗段為直通段或者型面結構段。

進一步地，所述的換熱器設置在風洞洞體內的任意部段處。

進一步地，所述的氣流輸入/排出裝置的輸入口和排出口設置在風洞洞體的同一部段處，或者分開設置在風洞洞體的兩個不同部段處。