一种高温环境下的快速冷却方法技术

本发明专利技术公开了一种高温环境下的快速冷却方法，包括：准备两组管路，分布连接高温水蒸气气源和常温压缩空气气源，管路安装阀门用于控制各管路流量，两组管路出口分别设置喷嘴；根据结构件冷却区域位置，在距冷却区域一定距离的位置固定喷嘴并分别连接高温水蒸气管路和常温压缩空气管路，确保两组喷嘴喷出的气流在冷却区域交汇，且气流交汇区域覆盖整个冷却区域；进行冷却时，先开启常温压缩空气管路阀门，根据冷却速率要求再开启高温水蒸气管路阀门，使两组气流在冷却区域表面混合，调节两组气流的混合量以控制冷却系统的冷却量；冷却结束时，先关闭高温水蒸气管路阀门，再逐渐关闭常温压缩空气管路阀门，防止水蒸气在冷却区域表面产生冷凝水。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及航空航天飞行器环境模拟
，特别是涉及高温环境下的快速冷却方法。
技术介绍
当航空航天飞行器进行高超音速飞行的情况下，其表面受到高速气流的气动加热和对流换热联合作用，表面温度会在200℃至1200℃的范围内出现急速的升温和降温，会对飞行器结构产生不良影响，因此必须在地面对其结构进行相应温度变化的热强度试验。对于高温环境下的快速冷却方法主要有液氮冷却、水雾冷却和高压空气冷却三种。对于液氮冷却，其采用喷嘴直接对冷却区域雾化喷射液氮，具有冷却量巨大，降温快的优点，但冷却量可调范围窄，容易造成冷却不均匀，在局部产生严重的温度冲击及过度冷却，进而影响结构件耐热性能考核以及其他试验设备的正常工作。对于水雾冷却，其采用喷嘴直接对冷却区域雾化喷射常温液态水和空气，具有冷却量大且可调范围宽的特点，但由于液态水汽化消耗热量大，由此容易在冷却区域中心形成过度冷却，产生冷凝水并可能渗入结构件内部，严重影响结构件材料性能及温度场的分布。对于高压空气冷却，其采用喷嘴直接对冷却区域冲击喷射高压空气，通过对流换热进行冷却，冷却量与空气压力及流量成正比关系，但受到气源供压能力限制以及对流换热系数的影响，实际使用时冷却速度较慢。
技术实现思路
本专利技术的目的是：提供了一种可在高温环境下，能快速冷却结构件表面温度的方法。本专利技术的技术方案是：一种高温环境下的快速冷却方法，其包括以下步骤：准备两组管路，分布连接高温水蒸气气源和常温压缩空气气源，管路安装阀门用于控制各管路流量，两组管路出口分别设置喷嘴；根据结构件冷却区域位置，在距冷却区域一定距离的位置固定喷嘴并分别连接高温水蒸气管路和常温压缩空气管路，确保两组喷嘴喷出的气流在冷却区域交汇，且气流交汇区域覆盖整个冷却区域；进行冷却时，先开启常温压缩空气管路阀门，根据冷却速率要求再开启高温水蒸气管路阀门，使两组气流在冷却区域表面混合，调节两组气流的混合量以控制冷却系统的冷却量；冷却结束时，先关闭高温水蒸气管路阀门，再逐渐关闭常温压缩空气管路阀门，防止水蒸气在冷却区域表面产生冷凝水。进一步的，高温水蒸气气源温度应高于100℃，压力控制在0.2bar至10bar之间。进一步的，压缩空气气源温度为常温，压力控制在0.2bar至10bar之间。进一步的，高温水蒸气气源和常温压缩空气气源两组管路出口喷嘴选用涡旋型实心锥工业喷嘴。与现有技术相比，本专利技术至少存在如下优点：(1)双流体混合冷却的方式可调节两种流体的混合比例及流量，根据所需冷却量实现大范围的调节(2)本专利技术采用高温水蒸气和常温压缩空气两种气流混合，受常温压缩空气冷却，高温水蒸气会凝结出大量极小液滴，液滴在吸收结构件热量后重新汽化，由此产生的反复相变可以极大提高换热效率。(3)由于本专利技术采用的高温水蒸气中水已汽化，若喷射不均匀时也不易在结构件表面产生冷凝水。(4)由于同一冷却区域由两组气流交汇覆盖，会在冷却区域表面形成较强的紊流，相比于单组气流定向喷射后产生的层流，紊流换热效率更高。(5)冷却采用的两组气流在常温状态下均不会产生大量的吸热或放热现象，因此对于结构件非冷却区域温度场和其他试验设备影响较小附图说明图1为本专利技术冷却原理示意图；其中，1-高温水蒸气气源、2-高温水蒸气阀门、3-高温水蒸气管路、4-压缩空气管路、5-压缩空气阀门、6-压缩空气气源、7-高温水蒸气喷嘴、8-压缩空气喷嘴、9-高温水蒸气喷射区、10-压缩空气喷射区、11-高温水蒸气和压缩空气交汇区、12-结构件冷却区域。具体实施方式下面通过实施例对本专利技术做进一步的说明：本专利技术一种高温环境下的快速冷却方法针对某结构件进行多区域冷却，其具体步骤为：步骤1：高温水蒸气气源1通过高温水蒸气阀门2和高温水蒸气管路3将高温水蒸气输送至冷却区域附近，压缩空气气源6通过压缩空气阀门5和压缩空气管路4将压缩空气输送至冷却区域附近。高温水蒸气气源温度应高于100℃，压力控制在0.2bar至10bar之间；压缩空气气源温度为常温，压力控制在0.2bar至10bar之间；步骤2：根据结构件冷却区域形状及大小，选择对应喷雾角度及喷雾区域形状的涡旋型实心锥工业喷嘴两组，一组为用于喷射高温水蒸气的高温水蒸气喷嘴7，另一组为用于喷射压缩空气的压缩空气喷嘴8；步骤3：根据结构件冷却区域位置，在距冷却区域一定距离的位置固定高温水蒸气喷嘴7和压缩空气喷嘴8，并分别连接高温水蒸气管路3和压缩空气管路4，高温水蒸气喷嘴7和压缩空气喷嘴8中心线成一定夹角布置，两个喷嘴之间的距离、夹角和距冷却区域的距离根据喷嘴喷雾角度及喷雾区域形状调整，使高温水蒸气喷射区9和压缩空气喷射区10的在结构件冷却区域12上方交汇，并确保高温水蒸气和压缩空气交汇区11覆盖整个结构件冷却区域12。步骤4：进行冷却时，先开启压缩空气管路阀门5，根据冷却速率要求再开启高温水蒸气管路阀门2，调节高温水蒸气和压缩空气的混合量以控制冷却系统的冷却量；步骤5：冷却结束时，先关闭高温水蒸气管路阀门2，再逐渐关闭压缩空气管路阀门5，防止水蒸气在结构件冷却区域12表面产生冷凝水。本专利技术采用双流体混合冷却的方式可通过调节两种流体的混合比例及流量，根据所需冷却量实现大范围的调节。本专利技术采用高温水蒸气和常温压缩空气两种气流混合，受常温压缩空气冷却，高温水蒸气会凝结出大量极小液滴，液滴在吸收结构件热量后重新汽化，由此产生的反复相变可以极大提高换热效率。由于本专利技术采用的高温水蒸气中水已汽化，若喷射不均匀时也不易在结构件表面产生冷凝水。由于同一冷却区域由两组气流交汇覆盖，会在冷却区域表面形成较强的紊流，相比于单组气流定向喷射后产生的层流，紊流换热效率更高。冷却采用的两组气流在常温状态下均不会产生大量的吸热或放热现象，因此对于结构件非冷却区域温度场和其他试验设备影响较小以上所述是本专利技术的优选实施方案，对于本专利技术提出的实施方案可适用于各种结构件适用辐射式加热器时热流密度的传递。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高温环境下的快速冷却方法，其包括以下步骤：准备两组管路，分布连接高温水蒸气气源和常温压缩空气气源，管路安装阀门用于控制各管路流量，两组管路出口分别设置喷嘴；根据结构件冷却区域位置，在距冷却区域一定距离的位置固定喷嘴并分别连接高温水蒸气管路和常温压缩空气管路，确保两组喷嘴喷出的气流在冷却区域交汇，且气流交汇区域覆盖整个冷却区域；进行冷却时，先开启常温压缩空气管路阀门，根据冷却速率要求再开启高温水蒸气管路阀门，使两组气流在冷却区域表面混合，调节两组气流的混合量以控制冷却系统的冷却量；冷却结束时，先关闭高温水蒸气管路阀门，再逐渐关闭常温压缩空气管路阀门，防止水蒸气在冷却区域表面产生冷凝水。

【技术特征摘要】
1.一种高温环境下的快速冷却方法，其包括以下步骤：准备两组管路，分布连接高温水蒸气气源和常温压缩空气气源，管路安装阀门用于控制各管路流量，两组管路出口分别设置喷嘴；根据结构件冷却区域位置，在距冷却区域一定距离的位置固定喷嘴并分别连接高温水蒸气管路和常温压缩空气管路，确保两组喷嘴喷出的气流在冷却区域交汇，且气流交汇区域覆盖整个冷却区域；进行冷却时，先开启常温压缩空气管路阀门，根据冷却速率要求再开启高温水蒸气管路阀门，使两组气流在冷却区域表面混合，调节两组气流的混合量以控制冷却系统的冷却量；冷却结...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琦，秦强，蒋军亮，丛琳华，
申请(专利权)人：中国飞机强度研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61