[发明专利]连续式高速风洞液氮降温输运系统

说明书

本发明提出一种连续式高速风洞液氮降温输运系统，包括液氮存储装置、供配气系统和液氮喷注装置；液氮存储装置包括液氮储罐、自增压系统；供配气系统包括液氮低温泵、汽化器、高压气瓶组；自增压系统使液氮储罐内形成储罐内压力；储罐内部分液氮在储罐内压力作用下能够进入所述液氮低温泵；液氮低温泵将液氮输送至汽化器，液氮在汽化器内蒸发增压，而后进入高压气瓶组；高压气瓶组为气控、储罐预增压和液氮挤推的高压气源；其中高压气瓶组中的高压氮气能够挤推储罐中的液氮，并通过液氮喷注装置将液氮喷入风洞。本发明为建成我国第一套连续式高速风洞降温系统提供了技术保障。

技术领域

本发明涉及连续式高速风洞液氮降温输运系统，适用于连续式高速风洞液氮降温系统液氮的存储、传输及喷注。

背景技术

雷诺数是风洞实验模拟飞行器实际飞行能力的重要相似参数，研制高雷诺数风洞对我国航空工业和国防科技的发展具有重要战略意义和工程应用价值。连续式高速风洞是由轴流压缩机驱动的可连续长时间运行的回流式高速空气动力学实验平台，其流场品质和实验效率远高于常规暂冲式风洞。但由于连续式高速风洞由大功率电机驱动，受能源系统的限制，其实验段雷诺数与实际飞行雷诺数仍有一定差距，不能很好地满足战斗机和大型高速民机模型实验的需求。雷诺数由流体密度、温度、速度和模型尺寸决定，在实验段尺寸与流体介质不易改变的情况下，降温可增大流体密度，减小粘性系数，是一种提高实验雷诺数有效途径。我国目前在低温连续式高速风洞方面尚属空白，因此，研制适用于连续式高速风洞的液氮降温系统及其相关低温实验技术对我国风洞技术创新与武器装备研制具有重要意义。

技术角度讲，可以在风洞内配置专用的制冷系统以降低风洞内气流的温度，但受到风洞尺寸的限制，以及制冷装置对风洞流场的干扰，不易实现。液态氮是一种低沸点的惰性物质，具有蒸发快、化学性质稳定等特点，因此，可通过向风洞内喷洒液氮的方式，利用液氮的气化吸热效应，带走风洞内的热量，从而实现降低气流温度，增大实验雷诺数的目的。为此，根据连续式高速风洞的结构特点和运行模式，针对氮气的物理特性，需要研制一套适用于连续式高速风洞的液氮输运系统及方法，以将液氮高效、可控地送入风洞，实现风洞的降温运行。

发明内容

根据连续式高速风洞的结构特点和液氮的物理特性，本发明计算液氮的总需求量，设计液氮充灌及自增压方法，确定液氮传输的驱动方式，设计液氮的喷入方法，提出了一种连续式高速风洞液氮降温输运系统，解决液氮存储、挤推、流量控制及风洞洞体超压、冻裂等技术问题，为连续式高速风洞降温系统建立安全、可靠的液氮输运技术手段。

本发明的技术方案为：

所述一种连续式高速风洞液氮降温输运系统，其特征在于：包括液氮存储装置、供配气系统和液氮喷注装置；

所述液氮存储装置包括液氮储罐、自增压系统；所述供配气系统包括液氮低温泵、汽化器、高压气瓶组；

所述自增压系统使液氮储罐内形成储罐内压力；储罐内部分液氮在储罐内压力作用下能够进入所述液氮低温泵；液氮低温泵将液氮输送至汽化器，液氮在汽化器内蒸发增压，而后进入高压气瓶组；所述高压气瓶组为气控、储罐预增压和液氮挤推的高压气源；其中高压气瓶组中的高压氮气能够挤推储罐中的液氮，并通过液氮喷注装置将液氮喷入风洞。

进一步的优选方案，所述一种连续式高速风洞液氮降温输运系统，其特征在于：所述液氮存储装置中的液氮储罐采用立式真空粉末绝热低温液体贮槽；贮槽由保温材料、内容器、外壳与真空式过滤器组成；液氮储罐的总容积满足连续式高速风洞稳定运行工况下的液氮流量需求，同时满足连续式高速风洞准备过程和过渡过程所需消耗的液氮量需求。

进一步的优选方案，所述一种连续式高速风洞液氮降温输运系统，其特征在于：所述自增压系统包括增压输入阀、调压阀、自增压汽化器、增压输出阀；增压输入阀、调压阀、自增压汽化器、增压输出阀连接成回路，增压输入阀和增压输出阀连接液氮储罐；从增压输出阀输出的低温液氮经过自增压汽化器吸热汽化后，生成的氮气回到储罐内使压力升高。