Криогенная аэродинамическая труба
(19)SU(11)1112880(13)C0(51) МПК 5 G01M9/02Статус: по данным на 10.01.2013 - прекратил действиеПошлина:
(54) КРИОГЕННАЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ ТРУБА
Изобретение относится к области экспериментальной аэродинамики и может быть использовано при создании установок для аэродинамических исследований при больших числах Рейнольдса (Re
10
106). Известна криогенная аэродинамическая установка, содержащая герметичный корпус, снабженный вакуумной теплоизоляцией, в котором размещены рабочая часть, форкамера и диффузор, соединенные обратным каналом, в котором установлены спрямляющие поток ребра, выполненные полыми и объединенные между собой кольцевыми коллекторами для подачи хладагента - жидкого азота. Недостатком трубы является сложность и трудность обеспечения необходимой равномерности и постоянства температуры и давления потока, что приводит к ухудшению качества. Наиболее близкой по своей технической сущности и достигаемому результату к изобретению является криогенная аэродинамическая труба, содержащая форкамеру, рабочую часть, диффузор с эжекторами, обратный канал, вертикально размещенные регенераторы холода с насадкой и систему впрыска хладагента в поток, включающую форсунки и трубопроводы подвода жидкого азота к ним. В этой трубе холод используется повторно, так как выходящий из трубы в атмосферу газ проходит через регенераторы и отдает холод насадке регенераторов. Регенераторы захолаживаются до уровня температуры 
100 К холодным газом, выходящим из рабочей части трубы, при этом расходуются жидкий азот и сжатый воздух, подаваемые одновременно в канал трубы. Однако процесс захолаживания регенераторов вследствие их большой хладоемкости является достаточно длительным (от нескольких до десятков минут). За это время захолаживается также тепловая изоляция канала трубы (если она внутренняя) или оболочка трубы (если изоляция внешняя). Потери холода в теплоизоляцию или в оболочку трубы за время захолаживания регенераторов при этом весьма велики. Впрыск жидкого азота в канал трубы при ее работе, необходимый для поддержания заданной температуры потока, требует сложной регулирующей аппаратуры и не гарантирует высокого качества потока из-за неравномерности испарения капель азота по сечению канала трубы, неравномерности охлаждения теплоизоляции, вследствие этого, поперечного градиента температуры потока. Целью изобретения является повышение экономичности аэродинамической трубы путем экономии сжатого воздуха и жидкого азота. Цель достигается тем, что в криогенной аэродинамической трубе, содержащей форкамеру, рабочую часть, диффузор с эжекторами, обратный канал, вертикально размещенные регенераторы холода с насадкой и систему впрыска хладагента в поток, включающую форсунки и трубопроводы подвода жидкого азота к ним, форсунки системы вспрыска жидкого азота установлены в полости регенератора, при этом насадка регенератора разделена форсунками на ряд неравных по высоте участков. Кроме того, насадка регенератора разделена на два участка с соотношением их масс 1: 1,5 для нижнего и верхнего участков соответственно. В зависимости от продолжительности пуска трубы насадка регенераторов может быть разбита на несколько участков, в частности на три. Если труба работает, включая процесс наполнения трубы холодным газом, без переключения регенераторов с прямого потока (из газгольдеров в трубу) на обратный (из трубы в атмосферу) в течение всего пуска, то достаточно двух участков 1: 1,5 и одной системы впрыска жидкого азота между ними. Если время пуска велико и требуется переключение регенераторов с прямого потока на обратный в течение одного пуска, то необходимо выделить дополнительно третий (самый нижний) участок насадки с отношением его массы к массе двух верхних участков 1: 50 и установить над ним вторую систему впрыска жидкого азота. При этом отношение массы двух нижних участков насадки к массе верхнего остается равным 1: 1,5. Отношение масс участков насадки 1: 50 выбрано из условия того, что достаточно лишь небольшой массы (очень тонкого слоя) насадки под второй системой впрыска жидкого азота, которая работает во время пуска трубы, чтобы обеспечить полное испарение жидкого азота в потоке сжатого воздуха внутри регенераторов. На фиг. 1 представлена схема выполнения криогенной аэродинамической трубы, в которой насадка регенератора разделена на три участка; на фиг. 2 - схема выполнения регенератора, разделенного на два участка. Труба содержит форкамеру 1, рабочую часть 2, диффузор 3 с эжектором 4, обратный канал 5, регенераторы холода 6 с насадкой 7, систему впрыска хладагента (жидкого азота) 8 в поток, включающую форсунки 9 и трубопроводы подвода жидкого азота 10, задвижки 11, датчики температуры 12 и газгольдер 13. Насадка 7 разделена по высоте форсунками 9 на три участка, массы которых относятся (сверху вниз) как 0,6: 0,38: 0,02, а масса двух нижних участков насадки относится к массе верхнего участка, как 1: 1,5. Криогенная аэродинамическая труба работает следующим образом. Перед пуском трубы предварительно захолаживается до необходимой температуры один регенератор 6 (или группа регенераторов, включаемых параллельно при пуске трубы). Для этого полностью закрываются задвижка 11 на нижней стороне регенератора и задвижка, сообщающая регенератор с газгольдером 13. Открывается задвижка 11 на трубопроводе системы впрыска жидкого азота 8, подводящем азот к первому (верхнему) ряду форсунок 9, открывается задвижка 11, связывающая регенератор с атмосферой, и устанавливается с ее помощью необходимое давление паров азота внутри регенератора. Величина этого давления определяет уровень температуры испарения жидкого азота и, следовательно, конечную температуру охлаждения насадки 7 регенератора. Температура насадки контролируется с помощью датчиков температуры 12. После полного захолаживания участка насадки, расположенного под первым рядом форсунок, прекращается подача жидкого азота и закрывается задвижка 11, связывающая регенератор с атмосферой. При этом до необходимой температуры охлаждена также нижняя половина участка насадки, расположенного над первым рядом форсунок, а верхняя половина этого участка насадки имеет температуру, возрастающую к верхнему концу до нормальной ( 288 К). Такое распределение температуры насадки перед пуском трубы обеспечивает наибольшую продолжительность работы трубы с постоянной температурой воздуха на входе в эжекторы 4, а также отсутствие потерь холода при захолаживании регенераторов, так как выходящий из регенератора в атмосферу газообразный азот отдает весь холод насадке. Это распределение температуры насадки обусловлено оптимальным соотношением масс насадки, размещенной ближе верхнего ряда форсунок и над ним, равным 1: 1,5. Канал трубы вакуумируется до давления Р 0,05-0,1 ата. Через захоложенный регенератор 6 и эжектор 4 в обратный канал 5 подается сжатый воздух из газгольдера 13. Охлаждаясь в регенераторе до заданной температуры, он заполняет трубу до требуемого давления, после чего осуществляется рабочий режим трубы, например, при постоянном давлении, со сбросом воздуха в атмосферу через второй регенератор (или группу регенераторов), в котором воздух оставляет холод, выходя в атмосферу с нормальной температурой. Если труба работает продолжительное время и запас холода в насадке уже исчерпан настолько, что температура насадки на выходе начинает расти, то в регенератор во время работы трубы производится впрыск жидкого азота через второй (нижний) ряд форсунок. При этом расход жидкого азота регулируется таким образом, чтобы поддерживать температуру воздуха на выходе из регенератора на заданном уровне. Для следующего пуска трубы дополнительно захолаживается указанным способом второй регенератор (группа регенераторов), через который сбрасывается ранее охлажденный воздух из трубы и поэтому уже частично захоложенный. Предлагаемая криогенная труба позволяет экономить сжатый газ и жидкий азот, а также обеспечивает равномерность (по температуре и составу) поля потока газа в рабочей части трубы. Так как система впрыска жидкого азота установлена не в канале трубы, то аэродинамическое сопротивление канала трубы и потребная степень сжатия эжектора, а следовательно, и расход сжатого воздуха меньше, чем в трубе, взятой за прототип. Это дает дополнительную экономию сжатого воздуха и жидкого азота во время пуска трубы. (56) Авторское свидетельство СССР N 790950, кл. G 01 M 9/00, 1979. Авторское свидетельство СССР N 552839, кл. G 01 M 9/00, 1976.
Формула изобретения
1. КРИОГЕННАЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ ТРУБА, содержащая форкамеру, рабочую часть, диффузор с эжекторами, обратный канал, вертикально размещенные регенераторы холода с насадкой и систему впрыска хладагента в поток, включающую форсунки и трубопроводы подвода жидкого азота к ним, отличающаяся тем, что, с целью повышения экономичности, форсунки системы впрыска жидкого азота установлены в полости регенератора, при этом насадка регенератора разделена форсунками на ряд неравных по высоте участков. 2. Труба по п. 1, отличающаяся тем, что насадка регенератора разделена на два участка с соотношением их масс 1 : 1,5 для нижнего и верхнего участков соответственно.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Номер и год публикации бюллетеня: 23-2001
Извещение опубликовано: 20.08.2001
