[实用新型]一种常规高超声速风洞气流余热利用系统

说明书

本实用新型公开了一种常规高超声速风洞气流余热利用系统，该余热利用系统包括余热存储系统、循环换热系统、测量控制系统以及两个截止阀；两个截止阀分别设置在风洞进气管道上风洞换热器前以及风洞排气管道上风洞换热器后；余热存储系统用于存储加热器余热，循环换热系统用于将风洞加热器的余热导出，并传输到余热存储；系统测量控制系统用于状态监测，状态转换的控制，安全控制以及状态数据的测量、处理等。本申请对常规高超声速风洞设备的改动最小，不影响原设备的性能；实现了对风洞加热器和风洞本体的冷却，不但充分利用了加热器的余热，而且利用了风洞其他部件的剩余热量。

技术领域

本实用新型涉及高超声速风洞余热利用领域，具体涉及一种常规高超声速风洞气流余热利用系统。

背景技术

常规高超声速风洞是以纯净空气为工作介质和以对流方式加热的高超声速风洞，是高超声速飞行器研制必备的试验设备。上世纪50年代，为了满足高超声速飞行器研制需要，人们开始建造常规高超声速风洞，自此以后，随着高超声速飞行器的不断发展，常规高超声速风洞一直处于改造和建设之中，设备的规模越来越大。以风洞喷管的出口尺寸计，常规高超声速风洞从最初的200～300mm量级，发展到目前的1000～1200mm量级。展望今后高超声速飞行器的发展，美国已经对2400～3000mm量级常规高超声速风洞提出建设需求。

但是，随着风洞尺寸的增加，风洞运行所耗费的能源迅速增加。以常规高超声速风洞在马赫数5至8时所需的加热功率为例，不同尺寸的风洞所需加热功率为：500～700mm量级，所需加热功率约6～8兆瓦；2400～3000mm量级，所需加热功率约250～320兆瓦。

如何在满足高超声速飞行器试验对风洞尺寸要求的条件下，节省风洞运行时的能量消耗，已成为常规高超声速风洞设计技术发展必须考虑的重要问题。

目前，国内外的常规高超声速风洞设计中均未考虑气流余热的利用。对于采用蓄热式加热的常规高超声速风洞，王铁进等在2016年发表的关于未来大型常规高超声速风洞的方案研究中，对于2400～3000mm量级的风洞，提出了一种余热回收的方法，如图1所示，其过程如下：低温的风洞气流沿箭头方向首先经过风洞换热器，然后通过加热器加热，气流达到一定温度，满足实验要求，接着气流进过风洞本体，完成试验功能，但实验过程中气流流量不变，只消耗部分动能和热能，然后，气流流出风洞本体，经过风洞换热器时，将部分热能转换给刚进入风洞换热器的低温的风洞气流。经过风洞换热器后，气流被排入大气。该方案仅仅实现了风洞工作时，气流中剩余热量的回收，而无法实现风洞停止工作后，加热器内剩余热量的回收。风洞加热器中剩余的热量与风洞运行时所消耗的热量相当，但在目前的风洞设计中，为了保护加热器，在试验结束后，通常采用通气冷却的方式，将加热器内的热量排入大气中散发掉。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种常规高超声速风洞气流余热利用系统，其对常规高超声速风洞设备的改动最小，不影响原设备的性能；实现了对风洞加热器和风洞本体的冷却，不但充分利用了加热器的余热，而且利用了风洞其他部件的剩余热量。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种常规高超声速风洞气流余热利用系统，所述余热利用系统包括余热存储系统、循环换热系统、测量控制系统以及两个截止阀；两个所述截止阀分别设置在风洞进气管道上风洞换热器前以及风洞排气管道上风洞换热器后；所述余热存储系统包括换热器以及与所述换热器连接的存储容器和介质；所述循环换热系统包括动力系统、传输介质、介质补充器、阀门和管路；所述介质补充器、换热器以及所述动力系统通过所述管路依次连接，形成所述循环换热系统的气流通道，将此通道的两端分别通过所述阀门与风洞进气管道和排气管道相连，与风洞进气管道相连的接口在风洞换热器前，和排气管道相连的接口在风洞换热器后；所述测量控制系统包括主机、可编程控制器、测控软件、显示器、控制柜、传感器以及连接线路，用于状态监测、状态转换的控制、安全控制以及状态数据的测量、处理。