【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于风洞领域，具体涉及一种用于风洞的液氮间接制冷系统。
技术介绍
1、风洞在运行过程中，由于风机及其他发热部件的运转，内部气流温度趋于不断攀升的过程。为了保障风洞内试验段温度不过高，避免试验件在高温环境下发生一定程度的失真，或为了模拟特定温度下试验件所处环境，现代风洞一般都会配备制冷系统。液氮制冷相较于机械制冷具有工艺设备简洁，初期投入低，低温及深冷领域不存在温度临界点等优势，且液氮作为生产液氧的副产品，工业成熟度高，使用价格趋向低廉。低温风洞的冷源形式趋于使用能源消耗率低、制冷迅速的液氮冷源。目前国内外采用液氮在风洞中的制冷形式多为液氮直接喷淋形式，即将液氮通过喷嘴直接喷淋进风洞内部，通过控制喷淋液氮的质量流量来控制风洞内部温度。但是随着航空航天技术的发展，模拟高空环境的试验需求日渐增多，即在保障低温超低温的同时，还要求特定气体组成成分，因此，需要一种不改变风洞内气体组成成分、风洞温度范围可调可控的风洞制冷系统。
技术实现思路
1、基于以上问题，本专利技术提出一种用于风洞的液氮间接制冷系统，采用液氮与载冷剂进行一次换热，低温载冷剂流经换热器与风洞内空气进行二次换热的制冷方式，能够不改变风洞气体组成成分从而达到制冷温度范围可调可控的目的。
2、本专利技术所采用的技术方案如下：一种用于风洞的液氮间接制冷系统，包括液氮罐，液氮换热器、载冷剂缓冲罐和翅片管式换热器，液氮罐中装有液氮，液氮换热器内装有载冷剂，液氮与载冷剂进行一次换热，一次换热后的低温的载冷剂流经翅片管
3、所述的液氮罐和液氮换热器由第一泵体和第五泵体构成液氮闭式循环，液氮罐提供冷源液氮，通过第一泵体将液氮输运至液氮换热器内部的液氮管程流路中，液氮以喷淋形式蒸发形成氮气，所述的氮气进入液氮换热器内部的氮气壳程流路中，进而与液氮换热器内的载冷剂流路中的中温载冷剂进行换热，液氮换热器还分别安装有载冷剂液位计、氮气压力传感器和氮气排气阀，液氮换热器内部的氮气壳程流路通过氮气排气阀与氮气排气口连通，氮气排气阀上还安装有氮气排放温度传感器，氮气压力传感器还与氮气排气阀连通，液氮换热器内部的液氮管程流路通过液氮回液阀与五泵体连接，载冷剂液位计监测液氮换热器中载冷剂液位高度，氮气压力传感器监测液氮换热器内的氮气压力，当氮气压力传感器超过系统设定值，则氮气排气阀开启，氮气通过氮气排气口排至室外，氮气排放温度传感器监测氮气排放温度，若氮气排放温度低于风洞目标温度20℃以上或载冷剂液位计发生异常波动，则紧急停止制冷系统运行，开启液氮回液阀，启动五泵体将液氮换热器中的液氮全部输送至液氮罐中，直至氮气排放温度传感器的监测温度值恢复至设定值，以防止载冷剂温度过低导致液氮换热器内部载冷剂流路冻结或胀裂；
4、所述的液氮换热器的载冷剂入口与载冷剂缓冲罐的载冷剂换热出口连接，并且其连接的管道上分别安装有载冷剂防冻加热装置和载冷剂温度传感器，所述的载冷剂温度传感器监测进入液氮换热器中的载冷剂温度，当载冷剂温度传感器监测的载冷剂温度低于设定值，则启动载冷剂防冻加热装置，将进入液氮换热器中的载冷剂温度调节至设定温度区间，防止载冷剂流路冻结或胀裂；所述的液氮换热器的载冷剂出口通过第二泵体与载冷剂缓冲罐的载冷剂换热入口连接；
5、所述的液氮换热器、载冷剂缓冲罐和翅片管式换热器构成载冷剂闭式循环，其中，在液氮换热器换热后的低温的载冷剂通过载冷剂缓冲罐的低温载冷剂出口流出，分成两路：一路为低温载冷剂回流支路、另一路为低温载冷剂混合支路，
6、所述的低温载冷剂回流支路与外循环低温载冷剂流量调节阀的一端连接，外循环低温载冷剂流量调节阀的另外一端与外循环止回阀的入口连接，外循环止回阀的出口与载冷剂回流流路连接，载冷剂回流流路与外循环流量计的一端连接，外循环流量计的另外一端与第四泵体的一端连接，第四泵体的另外一端与载冷剂缓冲罐的中温载冷剂回流口连接，
7、所述的低温载冷剂混合支路与中低温载冷剂混合支路连接，中低温载冷剂混合支路与第三泵体的一端连接，第三泵体的另外一端与翅片管式换热器的入口连接，并且两者之间的连接管路上还安装有载冷剂调温加热装置，内循环流量计的一端与翅片管式换热器的出口连接，内循环流量计的另外一端与中温载冷剂干路连接，中温载冷剂干路分别与中温载冷剂换热回流支路、中温载冷剂回流支路连接，中温载冷剂回流支路与内循环止回阀的入口连接，内循环止回阀的出口与内循环流量调节阀的一端连接，内循环流量调节阀的另外一端与中低温载冷剂混合支路连接，中低温载冷剂混合支路的载冷剂由低温载冷剂混合支路的低温载冷剂和中温载冷剂回流支路中的中温载冷剂掺混构成，
8、所述的中温载冷剂换热回流支路与外循环中温载冷剂流量调节阀的一端连接，外循环中温载冷剂流量调节阀的另外一端与中温载冷剂支路连接，中温载冷剂支路与载冷剂回流流路连接。
9、进一步的，设风洞目标温度为x℃，则进入翅片管式换热器的载冷剂入口温度为(x-5)±0.5℃，设翅片管式换热器的进、出口的载冷剂流量为a，同一试验过程中，内循环流量计的流量和外循环流量计的流量均为a，并且a为定值不变；低温载冷剂混合支路流入翅片管式换热器的载冷剂流量为a，则由中温载冷剂回流支路流入翅片管式换热器的载冷剂流量为a-a，中温载冷剂回流支路中的载冷剂监测温度为t1，低温载冷剂混合支路中的载冷剂监测温度为t2，即t1(a-a)+t2a＝a(x-5)，pid调节外循环中温载冷剂流量调节阀的开度为q％，其中20≤q≤80，pid调节外循环低温载冷剂流量调节阀开度为(100-q)％，从而控制低温载冷剂混合支路的低温载冷剂流量始终保持为进而达到进入翅片管式换热器的载冷剂入口温度为(x-5)±0.5℃。
10、进一步的，所述的载冷剂缓冲罐还安装有定压装置和液位计，所述的定压装置用于维持载冷剂运行压力稳定，所述的液位计用于监测载冷剂缓冲罐中载冷剂的液面高度，若载冷剂的液面高度或压力波动异常则紧急停止制冷系统运行，启动第五泵体将液氮换热器中的液氮全部输运至液氮罐中，并启动载冷剂防冻加热装置对载冷剂进行防冻保护。
11、进一步的，设定制冷系统为低温或超低温工况，若翅片管式换热器出风温度高于设定温度，增大外循环中温载冷剂流量调节阀开度、降低外循环低温载冷剂流量调节阀开度，从而降低进入翅片管式换热器载冷剂温度。
12、进一步的，设定制冷系统为设定温度为低温或超低温工况，若翅片管式换热器出风温度低于设定温度，降低外循环中温载冷剂流量调节阀开度、增大内循环流量调节阀开度，从而降低进入翅片管式换热器载冷剂温度。
13、进一步的，设定制冷系统为中高温工况，若翅片管式换热器出风温度高于设定温度，增大外循环中温载冷剂流量调节阀开度、降低内循环流量调节阀开度，从而降低进入翅片管式换热器载冷剂温度。
14、进一步的，设定制冷系统为中高温工况，若翅片管式换热器出风温度低于设定温度，降低外循环中温载冷剂流量调节阀开度、增大内循环流量调节阀开度，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于风洞的液氮间接制冷系统，包括液氮罐(1)，液氮换热器(3)、载冷剂缓冲罐(9)和翅片管式换热器(14)，液氮罐(1)中装有液氮，液氮换热器(3)内装有载冷剂，液氮与载冷剂进行一次换热，一次换热后的低温的载冷剂流经翅片管式换热器(14)与风洞内空气进行二次换热，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种用于风洞的液氮间接制冷系统，其特征在于：设风洞目标温度为x℃，则进入翅片管式换热器(14)的载冷剂入口温度为(x-5)±0.5℃，设翅片管式换热器(14)的进、出口的载冷剂流量为A，同一试验过程中，内循环流量计(11-1)的流量和外循环流量计(11-2)的流量均为A，并且A为定值不变；低温载冷剂混合支路(16-2)流入翅片管式换热器(14)的载冷剂流量为a，则由中温载冷剂回流支路(16-8)流入翅片管式换热器(14)的载冷剂流量为A-a，中温载冷剂回流支路(16-8)中的载冷剂监测温度为t1，低温载冷剂混合支路(16-2)中的载冷剂监测温度为t2，即t1(A-a)+t2a＝A(x-5)，PID调节外循环中温载冷剂流量调节阀(12-1)的开度为q％，其中20≤q
3.根据权利要求1所述的一种用于风洞的液氮间接制冷系统，其特征在于：所述的载冷剂缓冲罐(9)还安装有定压装置(10)和液位计(15)，所述的定压装置(10)用于维持载冷剂运行压力稳定，所述的液位计(15)用于监测载冷剂缓冲罐(9)中载冷剂的液面高度，若载冷剂的液面高度或压力波动异常则紧急停止制冷系统运行，启动第五泵体(2-5)将液氮换热器(3)中的液氮全部输运至液氮罐(1)中，并启动载冷剂防冻加热装置(7-1)对载冷剂进行防冻保护。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种用于风洞的液氮间接制冷系统，其特征在于：设定制冷系统为低温或超低温工况，若翅片管式换热器(14)出风温度高于设定温度，增大外循环中温载冷剂流量调节阀(12-1)开度、降低外循环低温载冷剂流量调节阀(12-2)开度，从而降低进入翅片管式换热器(14)载冷剂温度。
5.根据权利要求1-3任一项所述的一种用于风洞的液氮间接制冷系统，其特征在于：设定制冷系统为设定温度为低温或超低温工况，若翅片管式换热器(14)出风温度低于设定温度，降低外循环中温载冷剂流量调节阀(12-1)开度、增大内循环流量调节阀(12-3)开度，从而降低进入翅片管式换热器(14)载冷剂温度。
6.根据权利要求1-3任一项所述的一种用于风洞的液氮间接制冷系统，其特征在于：设定制冷系统为中高温工况，若翅片管式换热器(14)出风温度高于设定温度，增大外循环中温载冷剂流量调节阀(12-1)开度、降低内循环流量调节阀(12-3)开度，从而降低进入翅片管式换热器(14)载冷剂温度。
7.根据权利要求1-3任一项所述的一种用于风洞的液氮间接制冷系统，其特征在于：设定制冷系统为中高温工况，若翅片管式换热器(14)出风温度低于设定温度，降低外循环中温载冷剂流量调节阀(12-1)开度、增大内循环流量调节阀(12-2)开度，并开启载冷剂调温加热装置(7-2)，从而降低进入翅片管式换热器(14)载冷剂温度。
...【技术特征摘要】
1.一种用于风洞的液氮间接制冷系统，包括液氮罐(1)，液氮换热器(3)、载冷剂缓冲罐(9)和翅片管式换热器(14)，液氮罐(1)中装有液氮，液氮换热器(3)内装有载冷剂，液氮与载冷剂进行一次换热，一次换热后的低温的载冷剂流经翅片管式换热器(14)与风洞内空气进行二次换热，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种用于风洞的液氮间接制冷系统，其特征在于：设风洞目标温度为x℃，则进入翅片管式换热器(14)的载冷剂入口温度为(x-5)±0.5℃，设翅片管式换热器(14)的进、出口的载冷剂流量为a，同一试验过程中，内循环流量计(11-1)的流量和外循环流量计(11-2)的流量均为a，并且a为定值不变；低温载冷剂混合支路(16-2)流入翅片管式换热器(14)的载冷剂流量为a，则由中温载冷剂回流支路(16-8)流入翅片管式换热器(14)的载冷剂流量为a-a，中温载冷剂回流支路(16-8)中的载冷剂监测温度为t1，低温载冷剂混合支路(16-2)中的载冷剂监测温度为t2，即t1(a-a)+t2a＝a(x-5)，pid调节外循环中温载冷剂流量调节阀(12-1)的开度为q％，其中20≤q≤80，pid调节外循环低温载冷剂流量调节阀(12-2)开度为(100-q)％，从而控制低温载冷剂混合支路(16-2)的低温载冷剂流量始终保持为进而达到进入翅片管式换热器(14)的载冷剂入口温度为(x-5)±0.5℃。
3.根据权利要求1所述的一种用于风洞的液氮间接制冷系统，其特征在于：所述的载冷剂缓冲罐(9)还安装有定压装置(10)和液位计(15)，所述的定压装置(10)用于维持载冷剂运行压力稳定，所述的液位计(15)用于监测载冷剂缓冲罐(9)中...
【专利技术属性】
技术研发人员：张悦，马占元，陈艳菲，王云祥，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司哈尔滨空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：
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