[發(fā)明專利]一種液氧空氣蒸發(fā)摻混裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211401606.7
• 申請日: 2022-11-10
• 公開（公告）號: CN115608182A
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊樣;曾令國;劉崇智;唐志共;陳德江;晏至輝;呂德潤
• 申請（專利權(quán)）人: 中國空氣動力研究與發(fā)展中心超高速空氣動力研究所
• 主分類號: B01F23/10
• 分類號: B01F23/10;B01F25/31;B01F35/71
• 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(fā)明公開了一種液氧空氣蒸發(fā)摻混裝置。本發(fā)明的液氧空氣蒸發(fā)摻混裝置包括管路、垂直于管路中心軸的輪輻形的分配盤，分配盤的周向設(shè)置有環(huán)槽，分配盤的內(nèi)部設(shè)置有若干液氧管道，液氧管道開有通孔，通孔上安裝有液氧注入管。本發(fā)明的液氧空氣蒸發(fā)摻混裝置結(jié)構(gòu)可靠、加工工藝簡單，能夠快速完成液氧流量50kg/s~100kg/s、空氣流量200kg/s~300kg/s、壓力16MPa以上的液氧快速蒸發(fā)，以及液氧蒸汽與高壓空氣快速摻混，能夠在裝置出口獲得組分和濃度均勻的用于大流量高溫燃燒風(fēng)洞試驗的富氧空氣。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高溫燃燒風(fēng)洞技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種液氧空氣蒸發(fā)摻混裝置。

背景技術(shù)

大流量高溫燃燒風(fēng)洞通常采用液氧、空氣與液體或氣體燃料進行燃燒，以獲得試驗所需的高焓試驗氣體。對于噴管出口直徑在1.5m以上的高溫燃燒風(fēng)洞，液氧和空氣供應(yīng)壓力通常高達(dá)16MPa以上，液氧流量高達(dá)100kg/s，空氣流量高達(dá)300kg/s~400kg/s。為了便于組織燃燒，一種可行的方法是利用空氣直接將液氧蒸發(fā)并且摻混，形成均勻的氣態(tài)富氧空氣（富氧空氣中的氧含量大于空氣中的21%），以便于后續(xù)與燃料組織進行氣氣燃燒（對于氣態(tài)燃料）或氣液燃燒（對于液態(tài)燃料）。這種方法的好處是不需要外部工質(zhì)或能量輸入即可完成液氧的蒸發(fā)。但是，由于液氧具有極強的氧化性，在大流量和高壓情況下，如何在保證安全的前提下，快速完成蒸發(fā)摻混，形成均勻的富氧空氣，是摻混裝置設(shè)計的關(guān)鍵。

傳統(tǒng)的液氧蒸發(fā)裝置一般采取盤管或片狀換熱器等形式，不便于將蒸發(fā)和與空氣摻混兩個過程融合起來，并且在高壓大流量下安全性也存在問題。例如，中國專利文獻庫公開了申請?zhí)枮镃N201410347497.4的一種液氧氣化器裝置，該液氧氣化器裝置采用多根細(xì)圓管通入液氧，并在腔體中通入空氣，通過對流換熱對液氧進行加熱，能夠?qū)崿F(xiàn)流量0.5kg/s~1.5kg/s的液氧氣化。由于液氧氣化器裝置采用細(xì)管方式，導(dǎo)致液氧氣化和空氣混合兩個過程分開，難以應(yīng)用到液氧流量達(dá)50kg/s~100kg/s、壓力16MPa以上的場合。

當(dāng)前，亟需發(fā)展一種能夠?qū)⒋罅髁恳貉蹩焖僬舭l(fā)成液氧蒸汽，并且液氧蒸汽能夠快速與空氣混合兩個子過程相結(jié)合的液氧空氣蒸發(fā)摻混裝置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種液氧空氣蒸發(fā)摻混裝置。

本發(fā)明的液氧空氣蒸發(fā)摻混裝置，其特點是，所述的液氧空氣蒸發(fā)摻混裝置包括管路，按照空氣流動方向，管路從前至后依次包括進氣口管段、擴散錐段和滲混段，進氣口管段、擴散錐段和滲混段同中心軸；進氣口管段和滲混段均為等直圓管段，進氣口管段的內(nèi)徑小于滲混段內(nèi)徑，進氣口管段和滲混段之間通過擴散錐段過渡連接；

滲混段上安裝有垂直于管路中心軸的輪輻形的分配盤；分配盤的中心軸線上設(shè)置有與管路中心軸同軸的中心空腔；分配盤沿周向開有與液氧進氣管道相通的環(huán)槽；分配盤在0°、60°、120°、180°、240°、300°位置設(shè)置有輻條，輻條開有液氧管道Ⅰ，在30°、90°、150°、210°、270°、330°位置設(shè)置有與輻條外型相似長度短于輻條的突起，突起上開有液氧管道Ⅱ，液氧管道Ⅰ和液氧管道Ⅱ的內(nèi)徑相同，輻條的兩端分別開有與管路中心軸平行的通孔Ⅰ、通孔Ⅱ，突起的懸空端開有與管路中心軸平行的通孔Ⅲ，通孔Ⅲ在相鄰輻條上的投影位于相鄰輻條的通孔Ⅰ、通孔Ⅱ的中點；通孔Ⅰ、通孔Ⅱ和通孔Ⅲ的內(nèi)徑相同，通孔Ⅰ、通孔Ⅱ和通孔Ⅲ上均安裝有液氧注入管，液氧注入管的管壁上開有若干陣列的小孔，小孔的中心軸線與管路中心軸垂直或者相交；

液氧進入液氧進氣管道后，沿環(huán)槽流入分配盤內(nèi)的液氧管道Ⅰ和液氧管道Ⅱ，再通過液氧注入管噴入管路并蒸發(fā)形成液氧蒸汽；高壓空氣經(jīng)進氣口管段、擴散錐段通過滲混段的分配盤，在分配盤前后與液氧蒸汽充分混合形成組分和溫度均勻的富氧空氣，富氧空氣通過滲混段流出。

進一步地，所述的分配盤的輻條開有并列的若干條液氧管道Ⅰ，突起上開有與若干條液氧管道Ⅰ對應(yīng)的若干條液氧管道Ⅱ。

進一步地，所述的管路、分配盤和液氧注入管均采用奧氏體不銹鋼材料，并用熔焊焊接連接。