一种用于高超声速高温风洞的液氧供应管道及其预冷方法与流程

1.本发明属于超高速风洞试验技术领域，具体涉及一种用于高超声速高温风洞的液氧供应管道及其预冷方法。


背景技术：

2.液氧管道是开展高超声速高温风洞试验的重要设备，为燃料介质在加热器中燃烧提供氧化剂。
3.液氧稳定安全供应是提升加热器燃烧性能、得到风洞准确模拟参数的关键，对液氧管道进行正确设计与选择关系到风洞运行的准备时间、管道预冷的介质消耗量等风洞运行的关键参数，影响风洞运行的效率与安全性。
4.在低温介质的输送中，通常选择的是真空绝热管道，真空绝热管道包括中间液氧层和外层真空层，此种真空管道常用于长距离输送低压液氧或液氮，保温效果良好，减少内管输送介质损耗，但此种真空绝热管道不适用于高超声速高温风洞试验，主要有以下原因：一是液氧的输送距离相对较短，低温介质预冷消耗量相对较少，不必要采用真空绝热管道；二是风洞使用压力高，真空绝热管道难以满足高压输运要求；三是液氧主管道连接阀门、流量计等设备多，采用真空绝热管道的使用维护成本高、漏真空隐患点多。
5.为了契合高超声速高温风洞的使用环境，亟需发展一种用于高超声速高温风洞的液氧供应管道及其预冷方法。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的一个技术问题是提供一种用于高超声速高温风洞的液氧供应管道，本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种用于高超声速高温风洞的液氧供应管道的预冷方法。
7.本发明的用于高超声速高温风洞的液氧供应管道，其特点是，所述的液氧供应管道包括水平的液氧主管道、套装在液氧主管道外壁面的液氮夹层和包裹液氮夹层的阿乐斯绝热层；在液氮夹层内腔，间隔相同的距离，从前至后设置若干个液氮夹层支撑；液氮夹层的前段，设置有上下对称的、竖直的液氮夹层上入口和液氮夹层下入口；液氮夹层的后段，设置有上下对称的、竖直的液氮夹层上出口和液氮夹层下出口；液氮夹层的中段，串联有波纹管；在液氮夹层内腔、波纹管的前方和后方，分别设置有不锈钢支撑；在液氮夹层外壁、波纹管的前方和后方，分别设置有安全环，两个安全环之间贯穿若干个沿周向均匀分布的螺栓，通过与螺栓匹配的螺母，调节螺栓的长度，限制波纹管的拉伸长度。
8.进一步地，所述的液氮夹层通过焊接方式固定。
9.进一步地，所述的液氧主管道的材质为奥氏体不锈钢06cr19ni10。
10.进一步地，所述的液氧主管道上安装有阀门和流量计，阀门和流量计均采用对焊
连接。
11.进一步地，所述的液氮夹层上入口和液氮夹层下入口与对应的液氮输入管道采用跨接连接，液氮夹层上出口和液氮夹层下出口与对应的液氮输出管道也采用跨接连接。
12.进一步地，所述的波纹管为拉杆式波纹管。
13.本发明的用于高超声速高温风洞的液氧供应管道的预冷方法，包括以下步骤：s10.试验前，将液氮从液氮输入管道经液氮夹层上入口和液氮夹层下入口输入液氮夹层；s20.待液氧主管道温度下降至预先设置的温度时，将液氧输入液氧主管道，进行风洞试验；s30.试验后，在液氧主管道通入液氮，吹除液氧主管道中的液氧，防止液氧汽化引起液氧主管道超压；s40.关闭液氮夹层上入口和液氮夹层下入口，通过液氮夹层上出口释放液氮夹层中剩余的氮气，通过液氮夹层下出口释放液氮夹层中剩余的液氮。
14.本发明的用于高超声速高温风洞的液氧供应管道中的波纹管用于补偿液氮夹层的长度拉伸变形，螺栓螺母用于限制波纹管的拉伸长度，避免波纹管拉伸损坏。
15.本发明的用于高超声速高温风洞的液氧供应管道及其预冷方法采用液氮进行预冷，减少了氧气聚集，避免在液氧主管道周围空间形成富氧环境，液氧主管道承受压力高，满足了高超声速高温风洞液氧供应需求，确保了液氧稳定安全供应，适合应用于高超声速高温风洞试验的短时间液氧供应特殊要求。
附图说明
16.图1为本发明的用于高超声速高温风洞的液氧供应管道的主视图；图2为本发明的用于高超声速高温风洞的液氧供应管道的侧视图。
17.图中，1.液氮夹层上入口；2.液氮夹层；3.液氮夹层支撑；4.液氧主管道；5.波纹管；6.不锈钢支撑；7.液氮夹层上出口；8.液氮夹层下入口；9.液氮夹层下出口；10.安全环；11.螺栓；12.螺母。
具体实施方式
18.下面结合附图和实施例详细说明本发明。
19.如图1、图2所示，本实施例的用于高超声速高温风洞的液氧供应管道包括水平的液氧主管道4、套装在液氧主管道4外壁面的液氮夹层2和包裹液氮夹层2的阿乐斯绝热层；在液氮夹层2内腔，间隔相同的距离，从前至后设置若干个液氮夹层支撑3；液氮夹层2的前段，设置有上下对称的、竖直的液氮夹层上入口1和液氮夹层下入口8；液氮夹层2的后段，设置有上下对称的、竖直的液氮夹层上出口7和液氮夹层下出口9；液氮夹层2的中段，串联有波纹管5；在液氮夹层2内腔、波纹管5的前方和后方，分别设置有不锈钢支撑6；在液氮夹层2外壁、波纹管5的前方和后方，分别设置有安全环10，两个安全环10之间贯穿若干个沿周向均匀分布的螺栓11，通过与螺栓11匹配的螺母12，调节螺栓11的长度，限制波纹管5的拉伸长度。
20.进一步地，所述的液氮夹层2通过焊接方式固定。
21.进一步地，所述的液氧主管道4的材质为奥氏体不锈钢06cr19ni10。
22.进一步地，所述的液氧主管道4上安装有阀门和流量计，阀门和流量计均采用对焊连接。
23.进一步地，所述的液氮夹层上入口1和液氮夹层下入口8与对应的液氮输入管道采用跨接连接，液氮夹层上出口7和液氮夹层下出口9与对应的液氮输出管道也采用跨接连接。
24.进一步地，所述的波纹管5为拉杆式波纹管。
25.本实施例的用于高超声速高温风洞的液氧供应管道的预冷方法，包括以下步骤：s10.试验前，将液氮从液氮输入管道经液氮夹层上入口1和液氮夹层下入口8输入液氮夹层2；s20.待液氧主管道4温度下降至预先设置的温度时，将液氧输入液氧主管道4，进行风洞试验；s30.试验后，在液氧主管道4通入液氮，吹除液氧主管道4中的液氧，防止液氧汽化引起液氧主管道4超压；s40.关闭液氮夹层上入口1和液氮夹层下入口8，通过液氮夹层上出口7释放液氮夹层2中剩余的氮气，通过液氮夹层下出口9释放液氮夹层2中剩余的液氮。
26.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，对于熟悉本领域的人员而言，在不脱离本发明原理的前提下，本发明公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。


技术特征：
1.一种用于高超声速高温风洞的液氧供应管道，其特征在于，所述的液氧供应管道包括水平的液氧主管道（4）、套装在液氧主管道（4）外壁面的液氮夹层（2）和包裹液氮夹层（2）的阿乐斯绝热层；在液氮夹层（2）内腔，间隔相同的距离，从前至后设置若干个液氮夹层支撑（3）；液氮夹层（2）的前段，设置有上下对称的、竖直的液氮夹层上入口（1）和液氮夹层下入口（8）；液氮夹层（2）的后段，设置有上下对称的、竖直的液氮夹层上出口（7）和液氮夹层下出口（9）；液氮夹层（2）的中段，串联有波纹管（5）；在液氮夹层（2）内腔、波纹管（5）的前方和后方，分别设置有不锈钢支撑（6）；在液氮夹层（2）外壁、波纹管（5）的前方和后方，分别设置有安全环（10），两个安全环（10）之间贯穿若干个沿周向均匀分布的螺栓（11），通过与螺栓（11）匹配的螺母（12），调节螺栓（11）的长度，限制波纹管（5）的拉伸长度。2.根据权利要求1所述的用于高超声速高温风洞的液氧供应管道，其特征在于，所述的液氮夹层（2）通过焊接方式固定。3.根据权利要求1所述的用于高超声速高温风洞的液氧供应管道，其特征在于，所述的液氧主管道（4）的材质为奥氏体不锈钢06cr19ni10。4.根据权利要求1所述的用于高超声速高温风洞的液氧供应管道，其特征在于，所述的液氧主管道（4）上安装有阀门和流量计，阀门和流量计均采用对焊连接。5.根据权利要求1所述的用于高超声速高温风洞的液氧供应管道，其特征在于，所述的液氮夹层上入口（1）和液氮夹层下入口（8）与对应的液氮输入管道采用跨接连接，液氮夹层上出口（7）和液氮夹层下出口（9）与对应的液氮输出管道也采用跨接连接。6.根据权利要求1所述的用于高超声速高温风洞的液氧供应管道，其特征在于，所述的波纹管（5）为拉杆式波纹管。7.一种根据权利要求1~6中的任意一种所述的用于高超声速高温风洞的液氧供应管道的预冷方法，其特征在于，包括以下步骤：s10.试验前，将液氮从液氮输入管道经液氮夹层上入口（1）和液氮夹层下入口（8）输入液氮夹层（2）；s20.待液氧主管道（4）温度下降至预先设置的温度时，将液氧输入液氧主管道（4），进行风洞试验；s30.试验后，在液氧主管道（4）通入液氮，吹除液氧主管道（4）中的液氧，防止液氧汽化引起液氧主管道（4）超压；s40.关闭液氮夹层上入口（1）和液氮夹层下入口（8），通过液氮夹层上出口（7）释放液氮夹层（2）中剩余的氮气，通过液氮夹层下出口（9）释放液氮夹层（2）中剩余的液氮。

技术总结
本发明属于超高速风洞试验技术领域，公开了一种用于高超声速高温风洞的液氧供应管道及其预冷方法。该液氧供应管道包括水平的液氧主管道、套装在液氧主管道外壁面的液氮夹层和包裹液氮夹层的阿乐斯绝热层；在液氮夹层内腔，从前至后设置若干个液氮夹层支撑；液氮夹层的前段，设置有上下对称的液氮夹层上入口和液氮夹层下入口；液氮夹层的后段，设置有上下对称的、竖直的液氮夹层上出口和液氮夹层下出口；液氮夹层的中段，串联有波纹管。该预冷方法采用液氮进行预冷，减少了氧气聚集，避免在液氧主管道周围空间形成富氧环境，液氧主管道承受压力高，适合应用于高超声速高温风洞试验的短时间液氧供应特殊要求。短时间液氧供应特殊要求。短时间液氧供应特殊要求。


技术研发人员：张学兵 周鑫 朱超 曾令国 魏强儒 陆林 陈德江 唐志共
受保护的技术使用者：中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所
技术研发日：2022.11.23
技术公布日：2023/1/13