[实用新型]液态空气气源节能高效风洞装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及风洞技术领域，具体涉及一种液态空气气源节能高效风洞装置。

背景技术

风洞实验是飞行器研制工作中的一个不可缺少的组成部分。它不仅在航空和航天工程的研究和发展中起着重要作用，随着工业空气动力学的发展，在交通运输、房屋建筑、风能利用等领域更是不可或缺的。这种方法，流动条件容易控制，可重要依据是运动的相对性原理。实验时，常将模型或实物固定在风复地、经济地取得实验数据。

为使实验结果准确，实验时的流动必须与实际流动状态相似，即必须满足相似律的要求。但由于风洞尺寸和动力的限制，在一个风洞中同时模拟所有的相似参数是很困难的，通常是按所要研究的课题，选择一些影响最大的参数进行模拟。

此外，风洞实验段的流场品质，如气流速度分布均匀度、平均气流方向偏离风洞轴线的大小、沿风洞轴线方向的压力梯度、截面温度分布的均匀度、气流的湍流度和噪声级等必须符合一定的标准，并定期进行检查测定。

风洞主要由洞体、驱动系统和测量控制系统组成，各部分的形式因风洞类型而不同。

低速风洞,它有一个能对模型进行必要测量和观察的实验段。实验段上游有提高气流匀直度、降低湍流度的稳定段和使气流加速到所需流速的收缩段或喷管。实验段下游有降低流速、减少能量损失的扩压段和将气流引向风洞外的排出段或导回到风洞入口的回流段。有时为了降低风洞内外的噪声，在稳定段和排气口等处装有消声器。

风洞的驱动系统共有两类：

一类是由可控电机组和由它带动的风扇或轴流式压缩机组成。风扇旋转或压缩机转子转动使气流压力增高来维持管道内稳定的流动。改变风扇的转速或叶片安装角，或改变对气流的阻尼，可调节气流的速度。直流电动机可由交直流电机组或可控硅整流设备供电。它的运转时间长，运转费用较低，多在低速风洞中使用。使用这类驱动系统的风洞称连续式风洞，但随着气流速度增高所需的驱动功率急剧加大，例如产生跨声速气流每平方米实验段面积所需功率约为4000千瓦，产生超声速气流则约为16000～40000千瓦。

另一类是用小功率的压气机事先将空气增压贮存在贮气罐中，或用真空泵把与风洞出口管道相连的真空罐抽真空，实验时快速开启阀门，使高压空气直接或通过引射器进入洞体或由真空罐将空气吸入洞体，因而有吹气、引射、吸气以及它们相互组合的各种形式。使用这种驱动系统的风洞称为暂冲式风洞。暂冲式风洞建造周期短，投资少，一般[[雷诺数]]较高，它的工作时间可由几秒到几十秒，多用于跨声速、超声速和高超声速风洞。对于实验时间小于 1秒的脉冲风洞还可通过电弧加热器或激波来提高实验气体的温度，这样能量消耗少，模拟参数高。

而目前现有的风洞试验系统能耗大、使用成本高，不容易做低温、负压等特殊状况，亟需要一种方法和装置来解决这个问题。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型提供液态空气气源节能高效风洞装置，采用液态空气吸收环境热，膨胀产生的高压气体作为驱动气体，利用流体力学附壁效应的原理实现大的气流，大幅度地降低能耗,降低使用成本，容易实现低温环境的模拟和负压情况下的风洞实验。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种液态空气气源节能高效风洞装置，包括液态空气储罐、高压超低温泵、气化装置、高压空气室、回气管、排气管、排气阀、气隙、喉道、进气罩、高压气路和高压液态空气管路，液态空气储罐与高压超低温泵相连，高压超低温泵通过高压液态空气管路与气化装置相连，气化装置通过高压气路与高压空气室相连，高压空气室左端连接有进气罩，高压空气室内设置有喉道，喉道左端与高压空气室之间形成有气隙，喉道通过回气管与进气罩相连，回气管上设置有排气管，排气管上设置有排气阀。

所述的高压空气室左右两侧分别为正压试验段和负压试验段。

工作原理：先通过液态空气储罐存储超低温的液态空气或氮气，再通过高压超低温泵打入气化装置，高压液态空气压入到气化装置内吸收环境热升温气化变成气体后，形成高压气体从高压气路喷出，并通过高压空气室的喉道，高压气体通过气隙流动产生附壁效应后，在气隙里面流动，最后沿着弧形的喉道表面转弯，在流动过程中，高压气体与周围气体发生扩散和碰撞后，带动周围的气体跟着它一起转弯，然后从左面吸入，右面喷出，形成一个气体的带动和放大作用。