一种偏流板制造技术

本发明专利技术公开了一种偏流板，包括热扩散层、结构层和冷却层，热扩散层包括至少一个热扩散模块，该热扩散模块包括闭合回路脉动热管和固液相变材料；结构层为点阵夹层结构，包括上面板、下面板、胞元和固液相变材料；冷却层包括海水冷却板和海水输送泵，海水冷却板包括进水口、出水口、分水槽、集水槽和蜂窝式分形流道网络。闭合回路脉动热管以模块的形式配置在热扩散层上，在燃气冲击偏流板表面中心时，利用闭合回路脉动热管在任意部位加热是传热特性几乎不变、热响应快、传热能力突出的特性，以及热扩散层上非闭合回路脉动热管空间和结构层上非胞元空间填充的固液相变材料通过相变形式吸收储存大量融化热，使得热扩散层上热量迅速扩散，实现很好的均热性。

A deflector

The invention discloses a drift plate, including thermal diffusion layer, structure layer and cooling layer, thermal diffusion layer includes at least one thermal diffusion module, the heat diffusion module comprises a closed loop pulsating heat pipe and the solid-liquid phase change material; structure layer lattice sandwich structure, including an upper panel and a lower panel, and liquid cell phase change material; cooling layer includes water cooling plate and the water pump, the water cooling plate comprises a water inlet and a water outlet, water tank, collecting tank and a cellular network fractal flow path. Closed loop pulsating heat pipe in the form of the module configuration in thermal diffusion layer, the gas shock drift plate surface center, using closed loop pulsating heat pipe at any position of heating is almost constant, thermal characteristics and heat transfer characteristics of quick response, outstanding ability and heat transfer, thermal diffusion layer on the non closed loop pulsating heat pipe with solid-liquid phase change material non cellular space filling space and structure layer absorption and storage heat through a massive melting phase transition form, so that the thermal diffusion layer on the heat spread rapidly, to achieve good heat.

【技术实现步骤摘要】
一种偏流板
本专利技术涉及一种偏流板，具体涉及的是一种利用闭合回路脉动热管和固液相变材料相结合实现热扩散、利用流动海水通过蜂窝式分形流道网络冷却的偏流板。
技术介绍
喷气偏流板是保障舰载机在航母上安全连续起飞所必备的一项关键设备，其作用是将舰载机准备起飞时由喷气发动机喷射出的高温高速燃气向上和向外偏流。对偏流板进行优化设计，是保护舰载机后方飞行甲板上的人员、设备及其他飞机并且提高其换热效能以节能减排的一个重要举措。由于航母上的飞机起飞间隔很短，并且偏流板表面的温度不能够高于飞机轮胎不受损害的最高温度，所以偏流板在吸收上一架飞机喷射燃气带来的热流之后，要迅速冷却到下一架飞机轮胎所能承受的温度范围内，这就要求偏流板不但具有耐高温、耐冲击，而且有均温性强，热效率高，热应力小的特点。目前所使用的大多数偏流板主要依靠金属材料的导热传递热量，受到材料本身导热能力的限制，往往有着热量散发慢、板材易损坏、使用寿命短等特点，既增加了偏流板的成本，又使得航母的作战能力下降。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供了一种新型的利用闭合回路脉动热管和固液相变材料相结合实现热扩散、利用流动海水通过蜂窝式分形流道网络冷却的偏流板。为解决偏流板设计上存在的技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种偏流板，包括热扩散层、结构层和冷却层，所述结构层设置在所述热扩散层和冷却层的之间；所述热扩散层包括至少一个热扩散模块，该热扩散模块包括闭合回路脉动热管和固液相变材料，所述闭合回路脉动热管具有密闭的蛇形空间，所述固液相变材料分段填充在所述蛇形空间内，所述蛇形空间的下半段为加热段，所述蛇形空间的上半段为冷凝段；所述结构层为点阵夹层结构，包括上面板、下面板、胞元和固液相变材料，所述胞元以阵列的形式分布在所述上面板和下面板所夹的空间内，所述固液相变材料填充在所述结构层非胞元空间内；所述冷却层包括海水冷却板和海水输送泵，所述海水冷却板包括进水口、出水口、分水槽、集水槽和蜂窝式分形流道网络，蜂窝式分形流道网络由离散的蜂窝单元构成，在蜂窝单元之间形成分形流道，所述分水槽和集水槽位于所述蜂窝式分形流道网络的两侧，所述进水口连接所述分水槽，所述出水口连接所述集水槽，所述海水输送泵通过海水输送管道和海水冷却板的进水口相连接；所述胞元由三根完全相同的斜圆柱体杆件在斜圆柱体杆件的中心相交拼合而成，所述胞元的相对密度ρ为：式中，ω为斜圆柱体杆件与所述上面板、下面板的夹角；d为斜圆柱体杆件的直径；h为上面板、下面板之间最短直线距离。40°＜ω＜60°。所述闭合回路脉动热管以模块的形式配置在所述热扩散层上，所述闭合回路脉动热管的数量为m，m＞2，且m为整数。所述胞元数量为4n个，n≥1，且n为整数。所述蜂窝式分形流道网络分形层数为k，2≤k＜8，且k为整数；所述蜂窝式分形流道网络的维数D＝2.585。闭合回路脉动热管被要求在逆重力环境下保持正常工作，即所述闭合回路脉动热管传热性能与倾角无关，在相同条件下底部加热、水平加热和顶部加热时所述闭合回路脉动热管的传热能力接近，要求弯头数目大于临界弯头数，所述临界弯头数可以参考Charoensawan等分析得到的临界弯头数的实验关联式。所述闭合回路脉动热管管径的大小既要保证管内能够形成液塞，又不能产生太大的流动阻力，可以采用的管径大小满足0.7＜bond＜2，式中bond数为管内的粘滞系数是量纲为1的数。所述闭合回路脉动热管的充液量既要保证热管可以在较低的热流密度下启动，又要保证热管不能被烧干。最佳充液量与工质，弯头数和加热方式有关，可以取50％～70％。所述闭合回路脉动热管的倾斜角取决于偏流板的倾斜角，为了防止烧干的现象以及偏流燃气来保护甲板上的设备和工作人员，可以取45°～60°。所述的闭合回路脉动热管可以采用的工质有水、乙醇、FC-72、R-123、R141b等。固液相变材料可以使用无机盐高温相变材料50％NaCl+50％MgCl2，熔点273℃，融化热429kJ·kg-1。胞元的相对密度杆件与面板的夹角ω可以取40°～60°，ρ可以相对应取8％左右，所述结构层模块轻量化性能卓越。胞元材料可以使用302不锈钢。所述蜂窝式分形流道网络分形层数为k。所述蜂窝式分形流道网络中流体与固体的换热面积随k的增大而增大，但考虑到实际生产过程中加工难度，2≤k＜8，且k为整数。所述蜂窝式分形流道网络的生成过程为：①将第0层正六边形(基形)的每一条边长a0作为第1层结构中正六边形的长对角线，用边长为a0/2的正六边形依次替代基形的每一边，即得第1层结构；②同理，以第(k-1)层结构正六边形的每一边作为第k层结构中正六边形的长对角线，以边长为(a0/2k)的正六边形依次替代第(k-1)层结构中的每一边，即得第k层分形网络。对于任意k层蜂窝式分形结构，蜂窝单元总数U为U＝6k+1(2)蜂窝总边长数K为K＝3·2k+22k+22k+3(3)第k+1层蜂窝式分形结构与第k层蜂窝式分形结构的边长之比所述蜂窝式分形流道网络的维数D为所述的海水回收管道截面为圆形，连接所述出水口与海水。所述的海水冷却板使用强制对流换热。本专利技术所述的热扩散层包括闭合回路脉动热管、固液相变材料。高温燃气以一定入射角(与所述偏流板倾斜角相等)冲击所述偏流板中心，所述的闭合回路脉动热管受到热流冲击。所述闭合回路脉动热管在任意部位加热是传热特性几乎不变。所述闭合回路脉动热管的蒸发段液体工质吸热相变产生气泡，迅速膨胀升压并推动工质流向冷凝段；冷凝段气泡/气塞冷却收缩甚至消亡，压力下降。所述闭合回路脉动热管各管间形成的压差和压力波动使工质在冷热段间来回振荡运动，实现热量的扩散传递，使得所述偏流板具有很好的均热性。所述固液相变材料一方面受到热流冲击和所述闭合回路脉动热管导热获得热量，达到熔点且吸收大量热量，由固相相位为液相；一方面与流动海水强制对流换热，在两架飞机起飞间隙即前一架飞机起飞完成、后一架飞机尚未起飞之间的时间，完成液相重新凝结为固相的过程，释放所储存热量，冷却到不损害飞机轮胎最高温度以下。所述结构层受到燃气冲击，冲量作用在所述上面板上，所述胞元受到压缩，在所述胞元与所述上面板、下面板连接处出现应力集中，由于所述胞元具有较高的比强度和比刚度，所以引起的所述结构层的塑性弯曲和拉伸很微小，在所述上面板、下面板与所述斜圆柱体杆件连接处的塑性应变不会超过1％，有效的保护了配置在所述结构层下侧的所述冷却模块。所述的冷却模块包括海水冷却板和海水输送泵，所述的海水冷却板包括进水口，出水口，分水槽，集水槽，蜂窝式分形流道网络和海水回收管道，所述的海水输送泵通过海水输送管道和海水冷却板相连接。所述偏流板工作时间内，所述海水输送泵通过所述海水输送管道输出海水至所述出水口，经过所述分水槽，流入所述蜂窝式分形流道网络，由于蜂窝式分形流道网络相比于传统平行阵列流道有这大得多的传热面积，所以在相同传热条件下所能带走的热量大致为传统平行阵列流道网络的5倍以上，所需的泵送功率约为传统平行阵列流道网络的1/10，并且具有更高的Nusselt数和更低的流动压降，从而海水能够通过强制对流换热带走大量固液相变材料所储藏热量，接着汇入所述集水槽，通过所述出水口流入所述海水回收管道，进而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种偏流板，包括热扩散层、结构层和冷却层，所述结构层设置在所述热扩散层和冷却层的之间；所述热扩散层包括至少一个热扩散模块，该热扩散模块包括闭合回路脉动热管和固液相变材料，所述闭合回路脉动热管具有密闭的蛇形空间，所述固液相变材料分段填充在所述蛇形空间内，所述蛇形空间的下半段为加热段，所述蛇形空间的上半段为冷凝段；所述结构层为点阵夹层结构，包括上面板、下面板、胞元和固液相变材料，所述胞元以阵列的形式分布在所述上面板和下面板所夹的空间内，所述固液相变材料填充在所述结构层非胞元空间内；所述冷却层包括海水冷却板和海水输送泵，所述海水冷却板包括进水口、出水口、分水槽、集水槽和蜂窝式分形流道网络，蜂窝式分形流道网络由离散的蜂窝单元构成，在蜂窝单元之间形成分形流道，所述分水槽和集水槽位于所述蜂窝式分形流道网络的两侧，所述进水口连接所述分水槽，所述出水口连接所述集水槽，所述海水输送泵通过海水输送管道和海水冷却板的进水口相连接；所述胞元由三根完全相同的斜圆柱体杆件在斜圆柱体杆件的中心相交而成，所述胞元的相对密度ρ为：

【技术特征摘要】
1.一种偏流板，包括热扩散层、结构层和冷却层，所述结构层设置在所述热扩散层和冷却层的之间；所述热扩散层包括至少一个热扩散模块，该热扩散模块包括闭合回路脉动热管和固液相变材料，所述闭合回路脉动热管具有密闭的蛇形空间，所述固液相变材料分段填充在所述蛇形空间内，所述蛇形空间的下半段为加热段，所述蛇形空间的上半段为冷凝段；所述结构层为点阵夹层结构，包括上面板、下面板、胞元和固液相变材料，所述胞元以阵列的形式分布在所述上面板和下面板所夹的空间内，所述固液相变材料填充在所述结构层非胞元空间内；所述冷却层包括海水冷却板和海水输送泵，所述海水冷却板包括进水口、出水口、分水槽、集水槽和蜂窝式分形流道网络，蜂窝式分形流道网络由离散的蜂窝单元构成，在蜂窝单元之间形成分形流道，所述分水槽和集水槽位于所述蜂窝式分形流道网络的两侧，所述进水口连接所述分水槽，所述出水口连接所述集水槽，所述海水输送泵通过海水输送管道和海...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑毅，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32