一种等熵压缩及化学反应叠加生成高温气体的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及高马赫数地面试验设备领域，公开了一种等熵压缩及化学反应叠加生成高温气体的装置及方法，所述装置包括掺混管道，所述掺混管道上设置NO入口、N2入口，所述NO入口与NO气源连接，所述N2入口与N2气源连接，所述掺混管道与气体加热器连接，所述气体加热器的气体出口与等熵压缩系统连接。本发明专利技术解决了现有装置及方法难以复现高马赫数条件下的空气组分，能耗大的问题。能耗大的问题。能耗大的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种等熵压缩及化学反应叠加生成高温气体的装置及方法


[0001]本专利技术涉及高马赫数试验领域，更具体地涉及一种等熵压缩及化学反应叠加生成高温气体的装置及方法。

技术介绍

[0002]风洞通过模拟高空环境，并利用相似准则，可以达到在飞行器研制阶段就了解飞行器气动性能的目的。风洞在模拟高马赫数环境时，对其总温的模拟至关重要，对设备提出了很高的能量添加需求。
[0003]一般对于高马赫数风洞而言，能量添加的方式多是通过单纯的电加热、燃烧加热、激波加热等，有些方式在加热试验气体过程会对气体产生“污染”，不能产生高温的纯净空气，而对于单纯通过一种方式添加能量的系统来说，能量利用效率受到了限制。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术中的上述技术问题，本专利技术提供一种等熵压缩及化学反应叠加生成高温气体的装置及方法。
[0005]本专利技术采用的具体方案为：一种等熵压缩及化学反应叠加生成高温气体的装置，所述装置包括掺混管道，所述掺混管道上设置NO入口、N2入口，所述NO入口与NO气源连接，所述N2入口与N2气源连接，所述掺混管道与气体加热器连接，所述气体加热器的气体出口与等熵压缩系统连接。
[0006]所述掺混管道与NO气源连接的管道上设置第一阀门，所述掺混管道与N2气源连接的管道上设置第二阀门。
[0007]所述掺混管道内设置掺混板。
[0008]所述气体加热器的气体出口与等熵压缩系统连接的管道上设置高温阀门。
[0009]所述气体加热器为蓄热式加热器，所述蓄热式加热器的底部设置进气口，所述进气口与掺混管道连接，所述进气口与掺混管道之间设置第三阀门；所述蓄热式加热器包括承压壳体，所述承压壳体内部设置氧化铝卵石蓄热体，所述氧化铝卵石蓄热体缝隙中可以供气体流通，所述氧化铝卵石蓄热体外部设置电加热层，电加热层外部设置碳毡层，所述碳毡层外侧设置碳化硅空心砖层，所述承压壳体的顶部设置气体出口，所述承压壳体的侧壁与氧化铝卵石蓄热体之间设置回流管路，所述氧化铝卵石蓄热体的上方设置保型夹紧结构，所述承压壳体的底部设置法兰盘。
[0010]另一方面，本专利技术提供一种等熵压缩及化学反应叠加生成高温气体的方法，包括如下步骤：步骤一、打开第三阀门、第一阀门和第二阀门，NO气源、N2气源分别向掺混管道内通入NO和N2气体；步骤二、NO和N2气体通过掺混管道后形成混合气体，混合气体在通入气体加热器后被加热至1000K；
步骤三、打开高温阀门，预热后的混合气体进入等熵压缩系统内，通过等熵压缩混合气体温度升高，达到NO分解条件，NO分解为N2和O2，得到具有纯净空气成分的高温混合气体。
[0011]本专利技术相对于现有技术具有如下有益效果：本专利技术公开了等熵压缩及化学反应叠加生成高温气体的装置，该装置将NO气源、N2气源分别向掺混管道内通入NO和N2气体，NO和N2气体通过掺混管道后形成混合气体，混合气体在通入气体加热器后被加热至1000K，之后预热后的混合气体进入等熵压缩系统内，通过等熵压缩混合气体温度升高，达到NO分解条件，NO分解为N2和O2，分解反应会进一步放热，从而得到具有纯净空气成分的高温混合气体。本专利技术利用NO和N2作为气源，通过加热和化学分解生成高温的氮气和氧气，将生成的高温的氮气和氧气作为高马赫数风洞试验的试验气体，具有能源消耗小、能量转化效率高的益处。
附图说明
[0012]图1为本专利技术所述气体加热器的结构示意图；图2为本专利技术所述系统示意图；图3为本专利技术原理图；图4为本专利技术中的掺混管道示意图。
[0013]其中：1：掺混管道；2：NO气源；3：N2气源；4：气体加热器；5：等熵压缩系统；6：第一阀门；7：第二阀门；8：掺混板；9：高温阀门；10：进气口；11：第三阀门；12：承压壳体；13：氧化铝卵石蓄热体；14：电加热层；15：碳毡层；16：碳化硅空心砖层；17：气体出口；18：回流管路；19：保型夹紧结构；20：法兰盘。
具体实施方式
[0014]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本专利技术。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术的概念。
[0015]结合附图1
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4，本专利技术提供一种等熵压缩及化学反应叠加生成高温气体的装置，所述装置包括掺混管道1，所述掺混管道1上设置NO入口、N2入口，所述NO入口与NO气源2连接，所述N2入口与N2气源3连接，所述掺混管道1与气体加热器4连接，所述气体加热器4的气体出口与等熵压缩系统5连接。
[0016]所述掺混管道1与NO气源2连接的管道上设置第一阀门6，所述掺混管道1与N2气源3连接的管道上设置第二阀门7。
[0017]所述掺混管道1内设置掺混板8。
[0018]所述气体加热器4的气体出口与等熵压缩系统5连接的管道上设置高温阀门9。
[0019]本专利技术中的等熵压缩及化学反应叠加生成高温气体的方法，包括如下步骤：步骤一、打开第三阀门11、第一阀门6和第二阀门7，NO气源2、N2气源3分别向掺混管道1内通入NO和N2气体；步骤二、NO和N2气体通过掺混管道1后形成混合气体，混合气体在通入气体加热器4后被加热至1000K；步骤三、打开高温阀门9，预热后的混合气体进入等熵压缩系统5内，通
过等熵压缩混合气体温度升高，达到NO分解条件，NO分解为N2和O2，分解反应会进一步放热，从而得到具有纯净空气成分的高温混合气体。本专利技术所述方法采用三种加热手段叠加的方式，先将混合气体预热到1000K，1000K是NO分解的临界条件，通过电能转化为热能，再将混合气体通过等熵压缩方式进一步加热，利用机械能转化为热能，在此过程中，NO达到分解条件，化学能进一步转化为热能，并将混合气体组分还原纯净空气组分，可以有效的解决直接加热空气带来的加热器氧化问题，利用尽可能少的能量，将纯净空气组分加热，提高能量转化效率。
[0020]本专利技术中的气体加热器4为蓄热式加热器，所述蓄热式加热器4的底部设置进气口10，所述进气口10与掺混管道1连接，所述进气口10与掺混管道1之间设置第三阀门11；所述蓄热式加热器4包括承压壳体12，所述承压壳体12内部设置氧化铝卵石蓄热体13，所述氧化铝卵石蓄热体13缝隙中可以供气体流通，所述氧化铝卵石蓄热体13外部设置电加热层14，电加热层14外部设置碳毡层15，所述碳毡层15外侧设置碳化硅空心砖层16，所述承压壳体12的顶部设置气体出口17，所述承压壳体12的侧壁与氧化铝卵石蓄热体13之间设置回流管路18，所述氧化铝卵石蓄热体13的上方设置保型夹紧结构19，所述承压壳体12的底部设置法兰盘20。
[0021]本专利技术中的气体加热器4的工作过程为，步骤一、打开第二阀门7和第三阀门11，通过外部气源3向蓄热式加热器4中供给一定流量的氮气，排净蓄热式加热器1及其管道中的空气，使蓄热式加热器1处于正压氮气环境；步骤二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种等熵压缩及化学反应叠加生成高温气体的装置，其特征在于，所述装置包括掺混管道（1），所述掺混管道（1）上设置NO入口、N2入口，所述NO入口与NO气源（2）连接，所述N2入口与N2气源（3）连接，所述掺混管道（1）与气体加热器（4）连接，所述气体加热器（4）的气体出口与等熵压缩系统（5）连接。2.根据权利要求1所述的等熵压缩及化学反应叠加生成高温气体的装置，其特征在于，所述掺混管道（1）与NO气源（2）连接的管道上设置第一阀门（6），所述掺混管道（1）与N2气源（3）连接的管道上设置第二阀门（7）。3.根据权利要求2所述的等熵压缩及化学反应叠加生成高温气体的装置，其特征在于，所述掺混管道（1）内设置掺混板（8）。4.根据权利要求3所述的等熵压缩及化学反应叠加生成高温气体的装置，其特征在于，所述气体加热器（4）的气体出口与等熵压缩系统（5）连接的管道上设置高温阀门（9）。5.根据权利要求4所述的等熵压缩及化学反应叠加生成高温气体的装置，其特征在于，所述气体加热器（4）为蓄热式加热器，所述蓄热式加热器的底部设置进气口（10），所述进气口（10）与掺混管道（1）连接，所述进气口（10）与掺混管道（1）之间设置第三阀门（11）；所述蓄热式加热器（4）包括承压壳体（12），所...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱战森，李甜甜，高亮杰，辛亚楠，刘愿，刘万励，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司沈阳空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：