[发明专利]一种用于大流量高温高压高速气体环境的加热器隔热层

说明书

本发明属于高超声速风洞试验设备技术领域，公开了一种用于大流量高温高压高速气体环境的加热器隔热层。该加热器隔热层包括从外至内顺序叠加的壳体层、浇注料层、隔离层Ⅰ、纤维叠块隔热层、隔离层Ⅱ和内衬筒；还包括贯穿浇注料层、隔离层Ⅰ和纤维叠块隔热层的锚固件。该加热器隔热层在高温、高压、真空抽吸、大流量冲刷等恶劣工况下，具有轻质、可靠、高效、不掉渣、不移位的特点，确保试验气流洁净无污染，提高风洞流场品质和试验数据质量。

技术领域

本发明属于高超声速风洞试验设备技术领域，具体涉及一种用于大流量高温高压高速气体环境的加热器隔热层。

背景技术

在用空气作试验介质的常规高超声速风洞中，由于气体流速极高，达到马赫数5至马赫数10，气流经喷管而剧烈膨胀会造成水蒸汽和二氧化碳发生凝结，造成流场的不均匀性，使试验数据不准确，这在高超声速风洞气动试验中是不允许的。因此，在以大流量高速空气为介质的常规高超声速风洞中需要设置蓄热式加热器，将气流加热到所需要的防冷凝温度。由于高超声速风洞的主要用途是开展高精度气动试验，必然要求加热器出口试验气流洁净无污染。

蓄热式加热器工作原理是利用电热元件作为发热体将蓄热元件加热到要求的温度，之后气体与蓄热元件间进行紊流换热，将气流加热到所需要的防冷凝温度。暂冲式高超声速风洞采用高压下吹、真空抽吸运行方式，其工作流程是：加热器入口截止阀和出口热阀关闭，加热器送电将蓄热元件加热到要求温度，加热器下游预抽真空到10Pa~2000Pa，加热器上游常温空气增压至22MPa，然后依次开启热阀、截止阀，冷气从加热器下端进入，经蓄热元件后，从加热器上端流出热气，热气在风洞试验段形成超音速流场，开始风洞试验，试验时间30s~60s，然后依次关闭截止阀、热阀，风洞试验结束。隔热层的作用是在加热器连续长时间（大于72小时）高温工作过程中减少热损失、确保加热器外壳使用安全。

加热器内部最大气流流速达30m/s，最高使用温度700℃，运行压力范围为10Pa~8MPa，最大气流量为180kg/s。电加热器内部使用的蓄热元件要长期在这种高温、高压、大流量高速气体环境下工作。

传统隔热层为轻质高铝浇注料或者硅酸铝纤维棉，通常用于无气流流动的窑炉，或者流速低、压力低的工况下。传统隔热层直接使用到高超声速风洞蓄热式加热器存在以下不足之处：a.轻质高铝浇注料密度大，导热系数高，导致加热器隔热层较厚较重，能量损失大，而且增加加热器重量，增加加热器安装基础施工难度；b.轻质高铝浇注料在长时间反复高温高压工况下可能产生裂缝，导致加热器内部热气向壳体泄露，影响加热器壳体使用安全；c.轻质高铝浇注料在高速大流量气流冲刷下存在掉渣情况，污染试验气流，影响风洞流场品质；d.硅酸铝纤维棉在真空抽吸、高速大流量气流冲刷下存在移位情况，导致局部隔热失效，影响壳体使用安全。e.硅酸铝纤维棉在真空抽吸、高速大流量气流冲刷下存在严重掉渣情况，污染试验气流，影响风洞流场品质。

当前，亟需发展一种用于大流量高温高压高速气体环境的加热器隔热层。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于大流量高温高压高速气体环境的加热器隔热层。

本发明的用于大流量高温高压高速气体环境的加热器隔热层，其特点是，所述的加热器隔热层包括从外至内顺序叠加的壳体层、浇注料层、隔离层Ⅰ、纤维叠块隔热层、隔离层Ⅱ和内衬筒；还包括贯穿浇注料层、隔离层Ⅰ和纤维叠块隔热层的锚固件，锚固件由L型钢钉、螺栓、压紧片和螺母组成；

壳体层的内壁面上均匀固定锚固件的L型钢钉，L型钢钉的水平段垂直固定在壳体层的内壁面上，L型钢钉的竖直段悬空；沿着壳体层的内壁面分层浇筑浇注料层，浇注料层凝固后，浇注料层的厚度与L型钢钉的水平段长度相等，L型钢钉的竖直段表面与浇注料层表面平齐；