[实用新型]一种分区并联组合式传热试验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种分区并联组合式传热试验装置，特别是涉及一种用于进行火箭发动机推力室等装置的高压大热流再生冷却结构或冷却剂介质的对流换热传热特性研究，也可用于航空航天、热能工程等任何涉及到对流换热型传热与冷却的领域的分区并联组合式传热试验装置。

背景技术

随着航天技术的迅速发展，载人登月和深空探测等航天任务需要更大推力、更高性能、更长寿命的火箭动力装置。因此，各航天大国投入巨资竞相开展高室压、高性能，且具备可重复使用能力的大推力液体火箭发动机推力室的研制。

液体火箭发动机推力室室压高达10MPa以上，推力室内燃气温度高达3600K（氢氧推进剂），因此必须对推力室室壁进行冷却，一般采用推进剂如液氢进行强制对流再生冷却，冷却结构常选择铣槽式冷却通道结构。冷却结构内壁热流大、温差高，承受着很大的热应力，工作环境非常恶劣，其冷却效果是决定推力室乃至整个发动机工作可靠性及寿命的关键因素。要设计高可靠性、可重复使用的推力室就必须深入研究不同冷却通道结构内的传热特性，进行对比和优选，从而选择满足性能、可靠性以及寿命要求的冷却通道结构。

传统的冷却通道传热特性研究普遍采用缩尺传热身部进行热试验，即针对每种设计的冷却通道结构设计并生产至少一件缩尺传热身部，同时生产一件或几件设计状态相同的头部以组织推进剂喷注燃烧来提供高温高压燃气模拟全尺寸推力室的热源环境，然后头部与身部分别对接装配后进行传热试验研究，每种冷却通道结构的缩尺传热身部都至少需进行一次热试验，试验中测量冷却通道的压力和温度等传热参数用于试后的传热特性分析，最终对不同冷却结构缩尺传热身部的传热特性进行对比、优选和优化，为确定全尺寸推力室身部冷却通道结构提供基础和依据。

传统的冷却通道传热特性研究所采用的缩尺传热身部试验装置存在两点不足：首先，进行对比的不同方案冷却通道结构的缩尺传热身部在进行传热试验时高温高压热源不一致，虽然头部设计状态相同或采用同一台头部，但每次热试验时的头部燃烧状态受产品台份差异以及试验台试验调节能力限制影响而存在明显的差异，这就导致不同传热身部的热输入就存在差异，从而对方案间的传热特性对比带来天然固有误差；其次，每种冷却通道结构都需要设计和生产至少一件缩尺传热身部，并进行至少一次传热试验，从而造成试验件数量和试验次数庞大，生产成本和试验成本巨大，且研究周期长。

因此亟需提供一种新型的分区并联组合式传热试验装置。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种方便、快捷、高效、低廉的，可对比研究不同冷却通道结构的传热特性的分区并联组合式传热试验装置。

为解决上述技术问题，本实用新型一种分区并联组合式传热试验装置，包括依次连接的头部、圆柱状铣槽式身部、收敛扩张型身部；圆柱状铣槽式身部包括圆柱状身部外壁、圆柱状身部沟槽内壁，以及夹于圆柱状身部外壁与圆柱状身部沟槽内壁之间的冷却通道；其特征在于：冷却通道沿周向均匀分为彼此密封的四个区；对应冷却通道的四个区，圆柱状铣槽式身部沿周向均匀分为4个区；圆柱状铣槽式身部每个区的尾端都连接有冷却剂进口接管嘴、冷却剂进口集合器、冷却剂压力测量接管嘴以及温度测量接管嘴；每个区的前端都连接有冷却剂出口接管嘴、冷却剂出口集合器、冷却剂压力测量接管嘴，以及温度测量接管嘴。

冷却通道各区之内设有若干肋条，冷却通道相邻区之间通过肋条密封，冷却通道四个区的肋条数、肋条高度和槽宽各不相同。

冷却通道四个区的肋条上安装有肋条温度传感器组。

肋条温度传感器组包括，固定于圆柱状铣槽式身部的外壁上的两个螺柱、固定于螺柱之间的热电偶加持装置、以及固定于热电偶加持装置之上的若干肋条温度测量热电偶；肋条温度测量热电偶伸入到肋条径向不同位置处。

肋条温度测量热电偶伸入到肋条径向最深的位置距离圆柱状铣槽式身部的内壁内表面0.5mm。

冷却通道每区上均安装有冷却通道测量传感器。

冷却通道测量传感器，包括冷却通道冷却剂压力测量传感器和温度测量传感器。

冷却通道冷却剂压力测量传感器包括，压力传感器与接管嘴，接管嘴固定在圆柱状铣槽式身部的外壁上，将冷却通道与压力传感器连通。