一种结冰风洞热流场用换热器、均匀性控制装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术适用于结冰风洞技术领域，提供了一种结冰风洞热流场用换热器、均匀性控制装置及方法，该换热器包括至少一组换热组集；换热组集包括多个沿垂直方向排列的换热单元，每个换热单元的进液口和回气口分别设置有进液调节阀和回气调节阀，进液调节阀距结冰风洞地面的高度为安装高度，沿多个安装高度由高到低的排列方向，对应的多个进液调节阀的开度呈下降趋势；当具有两组及两组以上换热组集，位于同一安装高度的进液调节阀的开度相同。通过垂直排列换热单元，控制进液调节阀的开度，减小了进液流量分布不均、进液高度不同对蒸发压力的影响，减小了换热器自身结构对其出口热流场均匀性的影响，提高热流场的均匀性。提高热流场的均匀性。提高热流场的均匀性。

【技术实现步骤摘要】
一种结冰风洞热流场用换热器、均匀性控制装置及方法


[0001]本专利技术属于结冰风洞
，具体涉及一种结冰风洞热流场用换热器、均匀性控制装置及方法。

技术介绍

[0002]结冰风洞是开展飞行器结冰特性研究和防除冰系统性能验证的重要基础设施，是飞机型号研制中开展适航认证的必要手段。热流场品质是评价结冰风洞试验能力的重要技术指标，美国联邦航空管理局FAA及欧洲航空安全局EASA均发布了关于结冰风洞热流场场品质以及开展适航认证的热流场模拟技术指标要求，包括热流场均匀区域的面积大小、热流场温度均匀性、热流场动态稳定性。
[0003]制冷系统作为结冰风洞重要子系统之一，用于风洞热流场控制，调节结冰风洞气流温度，制冷系统主要由螺杆压缩机组、换热器、蒸发式冷凝器、氨储液器和低压循环桶组成，采用氨（R717）作为制冷工质。系统换热器安装于风洞的换热器段，运行经验表明，风洞试验段热流场品质与换热器出口气流温度均匀性、均匀区域面积及换热器热力学性能直接相关。
[0004]当前，公布号为CN114353363A，专利名称为一种结冰风洞换热器出口气流温度控制系统及方法的中国专利技术专利给出了一种热流场温度控制方法，该方法能够快速实现换热器出口气流温度快速、精确、稳定的控制，有助于提高风洞温度控制品质。
[0005]但在实际运行中，对于高风速、高真空试验工况下，发现即使是采用上述控制方法调节热流场温度，但是气流温度依旧存在不均匀的情况，纵然换热器出口气流在到达试验段入口之前会进行热交换，气流温度均匀性有所改善，然而最后试验段流场的均匀性依旧存在问题。

技术实现思路

[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种结冰风洞热流场用换热器、均匀性控制装置及方法，通过垂直排列换热单元，控制进液调节阀的开度，减小了进液流量分布不均、进液高度不同对蒸发压力的影响，减小了换热器自身结构对其出口热流场均匀性的影响，提高热流场的均匀性。
[0007]本专利技术是这样实现的：一种结冰风洞热流场用换热器，该换热器包括至少一组换热组集；换热组集包括多个沿垂直方向排列的换热单元，每个换热单元的进液口和回气口分别设置有进液调节阀和回气调节阀，进液调节阀距结冰风洞地面的高度为安装高度，沿多个安装高度由高到低的排列方向，对应的多个进液调节阀的开度呈下降趋势；当具有两组及两组以上换热组集，位于同一安装高度的进液调节阀的开度相同；通过垂直排列换热单元以及调节开度的大小，来协调由于换热器结构以及进液流量不均、进液高度不同对换热单元内部蒸发压力的影响，从而提高换热器出口热流场的均匀性，实现换热器出口气流温度的均匀控制，有助于
提高结冰风洞提高整体热流场的品质。
[0008]进一步的，每个换热单元的下游出风口均设置有至少两个温度传感器；至少两个温度传感器沿第一方向间隔设置，第一方向为结冰风洞的宽度方向；通过温度传感器来获取换热单元的出口温度，设置多个温度传感器，并将温度传感器间隔设置，便于测量换热单元不同位置的温度，便于对热流场均匀性的控制。
[0009]进一步的，每组换热组集内的换热单元的迎风面均位于同一平面。
[0010]进一步的，当具有两组及两组以上换热组集时，所有换热组集的迎风面均平行设置，避免换热组集之间的相互影响。
[0011]本专利技术还提供了一种结冰风洞热流场均匀性控制装置，其包括本专利技术提供的一种结冰风洞热流场用换热器，还包括压缩机、冷凝器、储液罐、制冷剂屏蔽泵、低压循环桶、控制器和上位机，压缩机依次连接冷凝器、储液罐和低压循环桶，低压循环桶设置于压缩机和换热器之间，制冷剂屏蔽泵设置于低压循环桶和换热器之间；压缩机的吸气端设置有吸气压力传感器；控制器连接压缩机；上位机连接回气调节阀和控制器；换热器设置于结冰风洞中。
[0012]本专利技术还提供了一种结冰风洞热流场均匀性控制方法，利用上述结冰风洞热流场均匀性控制装置实现，具体控制步骤如下：S1：获取试验工况下的换热器目标出口温度T0，根据T0获取试验工况下的换热器出口温度T1以及T1对应的压缩机目标吸气压力P1，使得T1与T0满足以下关系式：T0
‑
T1>ΔT1，设置换热单元的目标出口温度为Tin，令Tin=T0，其中，ΔT1表示预设的T0和T1之间的差值，Tin表示第n个换热单元的目标出口温度，n=1，2，3，......，N，N表示换热单元的总数；S2：获取压缩机的实际吸气压力PA，并将PA调整到满足以下关系：|PA
‑
P1|≤ΔP，其中，ΔP为预设压力变化值；S3：压缩机运行预定时间后，调节进液调节阀和回气调节阀的开度，使得在同一换热组集内，所有换热单元的进液调节阀的开度沿第二方向减小，所有换热单元的回气调节阀的开度相同，第二方向是指在同一换热组集内多个进液调节阀的安装高度由高到低的排列方向；S4：开启制冷剂屏蔽泵对换热器供液；S5：获取所有换热单元实际出口温度TAn，其中，TAn表示第n个换热单元的实际出口温度；S6：比较所有TAn与T0的大小，若所有TAn均满足预设条件，执行S7，若不满足，则增大ΔT1，并返回S1；S7：若|TAn
‑
T0|>ΔT2，则调节对应回气调节阀的开度，使得所有TAn均满足以下关系：|TAn
‑
T0|≤ΔT2，其中，ΔT2为预设的TAn和T0之间的差值，且ΔT2<ΔT1。
[0013]进一步的，每个换热单元的下游出风口均设置有至少两个温度传感器；至少两个温度传感器沿第一方向间隔设置，第一方向为结冰风洞的宽度方向；温度传感器与上位机连接；在步骤S5中，根据需要的热流场均匀面积范围，将位于热流场均匀面积范围内，以及距该范围边沿距离小于规定距离且位于该范围外的温度传感器形成待选温度传感器组，选择位于待选温度传感器组中的温度传感器获取所有换热单元实际出口温度TAn；通过选择的不同位置的温度传感器，控制热流场均匀面积。
[0014]进一步的，在步骤S5中，当待选温度传感器组内包含同一换热单元的至少两个温度传感器，则选择待选温度传感器组中属于同一换热单元的任一温度传感器的检测值作为TAn，或者选择待选温度传感器组中属于同一换热单元的至少两个温度传感器的检测平均值作为TAn。
[0015]进一步的，在步骤S6中，预设条件是指：T0
‑
TAn≥ΔT1。
[0016]进一步的，在步骤S7中，当TAn
‑
T0>ΔT2，调高对应换热单元的回气调节阀开度；当T0
‑
TAn>ΔT2，调低对应换热单元的回气调节阀开度；当
‑
ΔT2≤T0
‑
TAn≤ΔT2，保持对应换热单元的回气调节阀开度。
[0017]本专利技术的有益效果是：本专利技术通过上述设计得到的一种结冰风洞热流场用换热器、均匀性控制装置及方法具有如下有益效果：1、本专利技术中，通过将换热器设置为多个换热单元，通过垂直排列换热单元，并控制每个换热单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种结冰风洞热流场用换热器，其特征在于，所述换热器包括至少一组换热组集；所述换热组集包括多个沿垂直方向排列的换热单元，每个所述换热单元的进液口和回气口分别设置有进液调节阀和回气调节阀，所述进液调节阀距结冰风洞地面的高度为安装高度，沿多个安装高度由高到低的排列方向，对应的多个进液调节阀的开度呈下降趋势；当具有两组及两组以上换热组集，位于同一安装高度的进液调节阀的开度相同。2.根据权利要求1所述的一种结冰风洞热流场用换热器，其特征在于，每个所述换热单元的下游出风口均设置有至少两个温度传感器；至少两个所述温度传感器沿第一方向间隔设置，所述第一方向为结冰风洞的宽度方向。3.根据权利要求1所述的一种结冰风洞热流场用换热器，其特征在于，每组所述换热组集内的换热单元的迎风面均位于同一平面。4.根据权利要求3所述的一种结冰风洞热流场用换热器，其特征在于，当具有两组及两组以上换热组集时，所有换热组集的迎风面均平行设置。5.一种结冰风洞热流场均匀性控制装置，其特征在于，包括权利要求1
‑
4中任一项所述的一种结冰风洞热流场用换热器，还包括压缩机、冷凝器、储液罐、制冷剂屏蔽泵、低压循环桶、控制器和上位机，所述压缩机依次连接冷凝器、储液罐和低压循环桶，所述低压循环桶设置于所述压缩机和所述换热器之间，所述制冷剂屏蔽泵设置于所述低压循环桶和所述换热器之间；所述压缩机的吸气端设置有吸气压力传感器；所述控制器连接所述压缩机；所述上位机连接所述回气调节阀和所述控制器；所述换热器设置于所述结冰风洞中。6.一种结冰风洞热流场均匀性控制方法，其特征在于，利用权利要求5所述一种结冰风洞热流场均匀性控制装置实现，具体控制步骤如下：S1：获取试验工况下的换热器目标出口温度T0，根据T0获取试验工况下的换热器出口温度T1以及T1对应的压缩机目标吸气压力P1，使得T1与T0满足以下关系式：T0
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T1>ΔT1，设置换热单元的目标出口温度为Tin，令Tin=T0，其中，ΔT1表示预设的T0和T1之间的差值，Tin表示第n个换热单元的目标出口温度，n=1，2，3，......，N，N表示换热单元的总数；S2：获取压缩机的实际吸气压力PA，并将PA调整到满足以下关系：|PA
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P1|≤ΔP，其中，ΔP为预设压力变化值；S3：压缩机运行预定时间后，调节进液调节阀和回气调节阀的开度...

【专利技术属性】
技术研发人员：张平涛，张轲，林伟，陈博，赵照，冉林，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：