[发明专利]低温风洞

说明书

技术领域

本发明涉及一种风洞，尤其涉及一种低温风洞。

背景技术

风洞是产生人工气流并能观察气流或气流与物体之间相互作用的管道装置。在这种装置中能造成一段受控制的气流流动的区域。风洞是空气动力学研究和实验中最广泛使用的工具，它的产生和发展是同航空航天科学的发展紧密相关的。为了多种应用需要，尤其是满足研制飞行器性能的要求，必须提高风洞的雷诺数。Margoulis注意到在降低试验气体温度的情况下，可以提高雷诺数，并降低驱动气流循环所需功率，而动压不会显著增加，并早在1920年就提出低温风洞概念。从70年代初以来，各国纷纷建造低温风洞。

低温风洞和其他类型风洞相比在某些方面具有突出的优势，并已建成大型的低温风洞。但仍存在有待改进之处。例如，现有的低温风洞结构大都十分复杂，不仅占地面积大，其初期设计及建设造价昂贵，在后期使用中单位时间的运行成本非常高，同时出现故障后设备的维修也相当麻烦。中国专利公开号CN1083587A公开了一种籍热分离器降低总温的低温风洞，该风洞采用高压气体作为致冷的能源，在运行中高压气体通过激波管后温度下降，之后通过节流阀使得气体温度进一步降低，达到试验温度要求，但是仍具有设备复杂、噪音大、高压气源难获得等缺点。

此外，现有的风洞为了更换试验模型和改变试验条件，通常需要停车。尤其是低温风洞为了使得试验段中的某些参数例如温度达到预定值后才放入试验模型，通常需要先开启驱动系统待到试验段中的环境达到想要的情况下，进行停车放入试验模型然后再次开启，这可能会导致风洞各部件的寿命缩短和运行成本高，以及试验模型会因停车然后再重启动之间的时间延缓而受到影响，不能保证试验的连续性。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明的任务是提供一种以液氮作为冷源且结构比较简单并且最小化甚至避免了使用中停车的低温风洞。

本发明提供一种低温风洞，其包括：液氮源；具有入口的洞体，该洞体包括与该入口连通的混合室、位于该混合室下游的稳定段、以及均位于该稳定段下游并可断开地与该稳定段连通的试验段和旁路段，其中该试验段与该旁路段并联布置，且其中该混合室包括用于将液氮源中的液氮喷淋到混合室中的至少一个喷淋口；驱动系统，其用于在洞体中产生从该入口流向试验段和/或旁路段的气流；和用于使所述试验段和所述旁路段中任一段与所述稳定段连通的切换机构。

根据本发明的风洞结构比较简单，且通过该旁路段以及切换机构，便于管路切换，因此在进行如样品更换等在试验段中操作时无需停车，这样保证了试验的连续性，同时避免了停车后重启动造成的大量能源耗费。此外，以液氮作为冷源，使得风洞的降温速度较快，减少前期准备时间。同时液氮容易得到且使用便捷，此外成本不高、单位能耗低。

根据本发明的优选实施例，混合室竖直布置且所述洞体的入口朝下，所述驱动系统从所述入口朝上喷吹气流。

根据一实施例，该至少一个喷淋口包括设置在混合室腔壁上的多个喷淋口。根据进一步优选的实施例，所述多个喷淋口沿混合室的周向布置，且该多个喷淋口配置成沿混合室的内周切向略向下地喷吹液氮。这种配置特别有利于液氮与气流的均匀混合。

根据本发明另一实施例，所述多个喷淋口布置成在竖直方向上间隔开并且朝混合室的纵向中心轴线喷吹液氮。

混合室优选包括布置在喷淋口上方的金属丝网结构。进一步地，金属丝网结构包括上下间隔布置的多层网，各层网的目数从下往上逐层增大，即网眼由大及小，保证气流与液氮充分均匀混合，同时过滤掉气流中可能的固体杂质，并且对气流的阻力适当。

根据另一优选实施例，所述混合室包括金属丝网结构，其中所述金属丝网结构上设置有与液氮源连通的所述至少一个喷淋口。

根据本发明的实施例，所述试验段具有透明的观察区，其中该观察区在与气流接触的一侧上涂覆有防雾材料。

根据本发明另一实施例，所述切换机构包括分别设置在试验段与稳定段以及旁路段与稳定段连接处的阀。

根据本发明进一步的特征，所述洞体外侧设置有绝热保温层。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中：

图1为本发明的低温风洞的结构示意图，其中未示出绝热保温层；

图2为试验段截面示意图；

图3为根据本发明的洞体的混合室的剖视图，其中示出了设置在洞体外侧的绝热保温层；

图4是根据本发明的低温风洞的混合室的另一实施例，其中示出了另一种喷淋口布置形式。

具体实施方式