【技术实现步骤摘要】
本申请涉及航空发动机预冷器领域，特别是涉及一种基于温差驱动逆流换热的模块化预冷系统。
技术介绍
1、高超声速航空强预冷发动机作为低成本、高可靠性的空天飞行器的动力系统，是实现可水平起降、可重复使用空天飞行器的一种理想动力方案。当空天飞行器在大气层内超高速飞行时，气流在进入发动机后减速过程中温度剧烈升高，空气温度甚至会超过1000℃，高温除了对压气机等部件的材料带来挑战外，还会降低发动机性能、甚至导致其无法正常工作。
2、在发动机进气端装备预冷器，对进气进行深度预冷是解决高超声速航空发动机进气高温问题的最佳方案。预冷器除了要具备极强换热能力外，还需满足质量轻、体积小的要求，以降低其自身体积重量对发动机整体性能带来的不利影响。目前，最先进的微细管束式高紧凑度预冷器，虽然满足了深度预冷的使用需求，但该预冷器的焊接难度、焊接可靠性、微细管束振动、换热均匀性和质量轻型化等诸多方面仍不能满足未来强预冷航空动力系统的要求。
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术提供了一种基于温差驱动逆流换热的模块化预冷系统，通过在多个换热单元上设置调温单体，降低了焊接难度，减轻了微细管束振动，并提升了换热均匀性和满足了预冷器的质量轻型化。
2、本专利技术的技术方案是：
3、一种基于温差驱动逆流换热的模块化预冷系统，包括至少一个轴向重叠设置的预冷器，每个所述预冷器包括：
4、两个轴向间隔设置的导流环管，以及设置在两个所述导流环管之间的多个换热单元；其中，每个所述
5、两个相对设置的导流腔体，分别与对应的所述导流环管连通；沿所述导流环管的径向方向设置有多级微细管层，每级所述微细管层包括多个微细管，每个所述微细管的两端分别与对应的所述导流腔体连通；其中，
6、多个所述微细管之间形成第一间隙，所述第一间隙被配置为允许至少第一部分待冷空气流通；
7、在至少一个所述导流腔体与所述微细管相背离的一侧上设置有若干个调温单体；其中，
8、多个所述调温单体将位置相邻的两个所述换热单元共同形成的空间分隔为第二间隙，所述第二间隙被配置为允许至少第二部分待冷空气通过；
9、其中，冷却剂从其中一个所述导流环管分流流向每个所述换热单元中的其中一个导流腔体后，经由每级所述微细管层流向另外一个所述导流腔体，从另外一个所述导流环管汇流流出；
10、同时所述待冷空气从径向外侧往径向内侧流动，分别与所述微细管内的冷却剂和所述导流腔体内的冷却剂进行热交换，温度逐渐降低；所述调温单体控制至少第二部分所述待冷空气使所述导流腔体内的所述冷却剂的温度从径向内侧往径向外侧逐渐升高，从而每一级所述微细管层与所述待冷空气的温差相互接近，实现逆流式换热。
11、可选地，任意一个所述换热单元中的对应导流腔体上的所述调温单体的端部和与其相邻的换热单元中的导流腔体的侧壁抵接。
12、可选地，任意相邻的两个所述调温单体之间具有水平距离，所述调温单体的高度为相邻两个所述换热单元之间的垂直距离；
13、所述水平距离和所述垂直距离共同形成所述第二间隙。
14、可选地，所述调温单体为圆柱状结构。
15、可选地，两个所述导流环管包括：
16、分流环管，径向内侧设置有分流管，所述分流管上开设有多个分流孔，多个所述分流孔与多个所述换热单元的入口对应连通；
17、汇流环管，径向外侧设置有汇流管，所述汇流管上开设有多个汇流孔，多个所述汇流孔与多个所述换热单元的出口对应连通。
18、可选地，两个所述导流腔体包括：
19、分流腔体，包括入口分流道和多个分流通道，所述入口分流道分别与所述分流孔和每个所述分流通道连通；
20、汇流腔体，包括出口汇流道和多个汇流通道，所述出口汇流道分别与所述汇流孔和每个所述汇流通道连通；
21、其中，每个所述微细管的两端分别与所述分流通道和所述汇流通道连通。
22、可选地，所述入口分流道自所述分流环管向所述汇流环管的方向的内径逐渐缩小。
23、可选地，所述分流环管内沿周向间隔设置有多个分流隔板，多个所述分流隔板将所述分流管分隔为多个分流区，每个所述分流区一一对应连通有进口接管，所述进口接管用于通入所述冷却剂；和/或，
24、所述汇流环管内沿周向间隔设置有多个汇流隔板，多个所述汇流隔板将所述汇流管分隔为多个汇流区，每个所述汇流区一一对应连通有出口接管，所述出口接管用于排出所述冷却剂。
25、可选地，所述预冷系统还包括：
26、至少一个进口总管，每个所述进口总管分别与每个所述预冷器的分流管连通。
27、可选地，所述预冷系统还包括：
28、至少一个出口总管，每个所述出口总管分别与每个所述预冷器的汇流管连通。
29、与现有技术相比，本申请包括以下优点：
30、本专利技术提出一种基于温差驱动逆流换热的模块化预冷系统，包括至少一个轴向重叠设置的预冷器，每个所述预冷器包括：两个轴向间隔设置的导流环管，以及设置在两个所述导流环管之间的多个换热单元；其中，每个所述换热单元包括：两个相对设置的导流腔体，分别与对应的所述导流环管连通；沿所述导流环管的径向方向设置有多级微细管层，每级所述微细管层包括多个微细管，每个所述微细管的两端分别与对应的所述导流腔体连通；其中，多个所述微细管之间形成第一间隙，所述第一间隙被配置为允许至少第一部分待冷空气流通；在至少一个所述导流腔体与所述微细管相背离的一侧上设置有若干个调温单体；其中，多个所述调温单体将位置相邻的两个所述换热单元共同形成的空间分隔为第二间隙，所述第二间隙被配置为允许至少第二部分待冷空气通过；其中，冷却剂从其中一个所述导流环管分流流向每个所述换热单元中的其中一个导流腔体后，经由每级所述微细管层流向另外一个所述导流腔体后，从另外一个所述导流环管汇流流出；
31、同时所述待冷空气从径向外侧往径向内侧流动，分别与所述微细管内的冷却剂和所述导流腔体内的冷却剂进行热交换，温度逐渐降低；所述调温单体控制至少第二部分所述待冷空气使所述导流腔体内的所述冷却剂的温度从径向内侧往径向外侧逐渐升高，从而每一级所述微细管层与所述待冷空气的温差相互接近，实现逆流式换热。
32、通过采用本申请的技术方案，至少存在以下几点显著优势：
33、1、预冷器由若干相同的换热单元组成，每个换热单元构成了预冷器的基本组成部分，每个换热单元将空气分成两部分分别从调温单体侧和微细管侧通过，至少第一部分高温空气在微细管侧经过与微细管内的冷却剂进行热交换，至少第二部分高温空气从调温单体侧经过，第二间隙会阻碍高温空气的顺畅流动，提高冷却剂在导流腔体内的温度，增强了冷却剂从进口结构到出口结构的温差趋势，通过调节第二间隙的参数，调节冷却剂从径向内侧往径向外侧的升温幅度匹配高温空气从径向外侧往径向内侧的降温幅度，使得高温空气的温度分布本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于温差驱动逆流换热的模块化预冷系统，其特征在于，包括至少一个轴向重叠设置的预冷器，每个所述预冷器包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于温差驱动逆流换热的模块化预冷系统，其特征在于，任意一个所述换热单元中的对应导流腔体上的所述调温单体的端部和与其相邻的换热单元中的导流腔体的侧壁抵接。
3.根据权利要求2所述的一种基于温差驱动逆流换热的模块化预冷系统，其特征在于，任意相邻的两个所述调温单体之间具有水平距离，所述调温单体的高度为相邻两个所述换热单元之间的垂直距离；
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种基于温差驱动逆流换热的模块化预冷系统，其特征在于，所述调温单体为圆柱状结构。
5.根据权利要求4所述的一种基于温差驱动逆流换热的模块化预冷系统，其特征在于，两个所述导流环管包括：
6.根据权利要求5所述的一种基于温差驱动逆流换热的模块化预冷系统，其特征在于，两个所述导流腔体包括：
7.根据权利要求6所述的一种基于温差驱动逆流换热的模块化预冷系统，其特征在于，所述入口分流道自所述分流环管向所述汇流环管的方
8.根据权利要求5所述的一种基于温差驱动逆流换热的模块化预冷系统，其特征在于，所述分流管内沿周向间隔设置有多个分流隔板，多个所述分流隔板将所述分流管分隔为多个分流区，每个所述分流区一一对应连通有进口接管，所述进口接管用于通入所述冷却剂；和/或，
9.根据权利要求5所述的一种基于温差驱动逆流换热的模块化预冷系统，其特征在于，所述预冷系统还包括：
10.根据权利要求5所述的一种基于温差驱动逆流换热的模块化预冷系统，其特征在于，所述预冷系统还包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于温差驱动逆流换热的模块化预冷系统，其特征在于，包括至少一个轴向重叠设置的预冷器，每个所述预冷器包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于温差驱动逆流换热的模块化预冷系统，其特征在于，任意一个所述换热单元中的对应导流腔体上的所述调温单体的端部和与其相邻的换热单元中的导流腔体的侧壁抵接。
3.根据权利要求2所述的一种基于温差驱动逆流换热的模块化预冷系统，其特征在于，任意相邻的两个所述调温单体之间具有水平距离，所述调温单体的高度为相邻两个所述换热单元之间的垂直距离；
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种基于温差驱动逆流换热的模块化预冷系统，其特征在于，所述调温单体为圆柱状结构。
5.根据权利要求4所述的一种基于温差驱动逆流换热的模块化预冷系统，其特征在于，两个所述导流环管包括：
【专利技术属性】
技术研发人员：徐鑫，孙立成，郑家鑫，杜敏，莫政宇，冯一，朱春晓，马同玲，张志刚，龙西亭，杨伟，李彪，张秦意，桂林，王俊，华强，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：
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