一种应用轨道炮轨道循环冷却系统和冷却方法与流程

本发明涉及一种反应温度触发式冷却轨道，特别是涉及具体是一种应用轨道炮轨道循环冷却系统和冷却方法，在反应运行的过程中通过反应吸热使电磁轨道炮的轨道温度恒定。技术背景目前对于电磁炮的研究中，对于轨道炮轨道的降温没有一个很好的解决的方法，已有降温措施只是利用液体的蒸发吸热来达到降温效果。其主要缺点：(1)电磁轨道炮在使用过程中，产生的热量非常巨大，蒸发吸热不能完全吸收这些热量；(2)不能一直吸热使轨道炮的温度处于稳定状态。

技术实现要素：
本发明的目的在于克服已有的降温措施存在的缺点，提出一种能持续稳定的吸热的应用轨道炮轨道循环冷却系统和冷却方法，通过循环冷却系统给轨道炮轨道降温并使之处于稳定的状态。本发明目的通过如下技术方案实现：一种应用轨道炮轨道循环冷却系统，主要由第一气动吸粉泵、轨道炮轨道、气体分离装置、Fe2O3再生产装置和第二气动吸粉泵组成；第一气动吸粉泵和第二气动吸粉泵的出口与轨道炮轨道的喷嘴连接；轨道炮轨道通过管道与气体分离装置连接；气体分离装置通过管道连接Fe2O3再生产装置，Fe2O3再生产装置与第二气动吸粉泵通过管道连接；所述轨道炮轨道主要由反应通道，梯形喷嘴，轨道内壁和轨道外壁组成；所述轨道内壁和轨道外壁组成空心连通的反应通道；反应通道的直径为20‐25mm，轨道外壁的厚度为4.5‐5.5mm，在反应通道入口端靠近外壁一侧设有梯形喷嘴；反应通道为U形结构。为进一步实现发明目的，优选地，所述轨道炮轨道总长为1.5‐2.5m。优选地，所述第一气动吸粉泵和第二气动吸粉泵都采用BY粉末气动隔膜泵。优选地，所述气体分离装置选用旋风分离器。优选地，所述Fe2O3再生成装置是一个内衬为陶瓷材料的填料塔。应用轨道炮轨道循环冷却系统的冷却方法：多孔活性碳粉和纳米级的三氧化二铁微粒分别由第一气动吸粉泵和第二气动吸粉泵喷射出来，反应介质多孔活性碳粉和纳米级的三氧化二铁微粒进入梯形喷嘴，反应介质经过梯形喷嘴进入反应通道并逐渐的靠近轨道内壁，轨道的内壁为高温，当温度达到临界温度500℃时，多孔活性碳粉和纳米级的三氧化二铁微粒开始发生急剧的吸热化学反应，生成铁和二氧化碳并且带走大量的热量达到使轨道温度降低的效果；在反应轨道内流出的反应残留物铁和二氧化碳通入到气体分离装置，气体分离装置的气流由上至下做回转运动，在回转过程中，铁粉所受离心力较大而被甩到外围，沿器壁在向下的气流和重力的共同作用下向下排除，甩掉铁粉的二氧化碳气流由气体分离装置中央向上被引出，达到分离铁粉和二氧化碳；向下被排出的铁粉经过管道通入到入Fe2O3反应再生成装置，通过氧化反应将铁粉重新氧化生成反应介质纳米级的三氧化二铁微粒，并循环通入到Fe2O3喷射粉末系统，实现循环冷却，轨道炮轨道降温同时维持轨道温度在500℃。本发明在轨道内沿着轨道外壁一侧开一条U形槽反应通道，反应通道直径为20‐25mm，并且在轨道到靠近外壁一侧安装梯形喷嘴。反应通道设计成U形是为了增加反应程长，而且增加反应介质的停留时间，反应便可顺利完成，可以通过控制流进反应通道内的反应介质流速来控制喷嘴喷出压力，若反应通道内介质流速大，则通过喷嘴喷出的冷却介质压力便大，其在反应通道的停留时间变短，反应就不彻底；反之反应通道内介质流速小，冷却介质在反应通道便可以彻底反应。反应介质经筛选选用尺寸大约60μm的多孔活性碳粉和纳米级的三氧化二铁微粒，孔通道直径20‐25mm，厚度为4.5‐5.5mm。相对于现有技术，本发明具有如下优点：1)与现有的液氮冷却、蒸汽气化吸热冷却等方法相比较，本发明通过化学反应吸热的吸热焓达到300KJ/mol左右，能更好的降低轨道温度，且反应速率非常快，反应速率达到微妙级。2)本发明通过熔盐法能够实现混合工质中氧化铁的循环回收利用。3)本发明在轨道内沿着轨道外壁一侧开一条U形槽反应通道，反应通道直径为20‐25mm，厚度为4.5‐5.5mm，该设计可以保障吸热反应所需空间，以及反应达到剧烈程度时的沸腾空间；4)本发明能够保障反应冷却介质在流道内连续流动，持续反应；5)本发明对电磁轨道炮在工作时的电磁场及轨道导电性也不会有实质影响。附图说明图1为应用轨道炮轨道循环冷却系统的结构示意图。图2为图1中的轨道炮轨道的结构示意图。图中示出：第一气动吸粉泵1、轨道炮轨道2、气体分离装置3、Fe2O3再生产装置4、第二气动吸粉泵5、轨道外壁21、梯形喷嘴22、反应通道23、轨道内壁24。具体实施方式为更好地理解本发明，下面结合附图对本发明作进一步的说明，但是本发明的实施方式不限如此。如图1所示，一种应用轨道炮轨道循环冷却系统主要由第一气动吸粉泵1、轨道炮轨道2、气体分离装置3、Fe2O3再生产装置4和第二气动吸粉泵5组成；第一气动吸粉泵1和第二气动吸粉泵5的出口与轨道炮轨道2的喷嘴连接；轨道炮轨道2通过管道与气体分离装置3连接；气体分离装置3通过管道连接Fe2O3再生产装置4，Fe2O3再生产装置4与第二气动吸粉泵5通过管道连接。如图2所示，轨道炮轨道2由反应通道23，梯形喷嘴22，轨道内壁24，轨道外壁21组成。轨道内壁24和轨道外壁21组成空心连通的反应通道23；反应通道23的直径为20‐25mm，轨道外壁21的厚度为4.5‐5.5mm，在反应通道23入口端靠近外壁一侧设有梯形喷嘴22；反应通道23为U形结构；轨道炮轨道总长1.5‐2.5m。反应通道设计成U形是为了增加反应程长，而且增加反应介质的停留时间，反应便可顺利完成，可以通过控制流进反应通道内的反应介质流速来控制喷嘴喷出压力，若反应通道内介质流速大，则通过喷嘴喷出的冷却介质压力便大，其在反应通道的停留时间变短，反应就不彻底；反之反应通道内介质流速小，冷却介质在反应通道便可以彻底反应。轨道炮轨道的高温热量来源：固体电枢在轨道炮轨道中超高速滑动时，一方面，枢轨接触界面流过脉冲大电流，界面接触电阻产生显著的焦耳热；另一方面，电枢侧翼在洛伦兹力和预应力的作用下，对枢轨接触界面产生巨大的法向压力并产生滑动摩擦热。在电枢高速发射过程中产生的热量相对于其他摩擦生热具有显著的特点:一是作用时间短(只有几微秒)；二是滑动速度高(达到每秒千米以上)；三是作用界面物理状态复杂。如果不对轨道降温，高温可能致使轨道局部软化甚至熔化，因此需要应用轨道炮轨道循环冷却系统对轨道进行冷却降温，将轨道的温度维持在700℃以下。第一气动吸粉泵1和第二气动吸粉泵5分别用于喷射多孔活性碳粉和Fe2O3粉末，可以使用BY粉末气动隔膜泵；气体分离装置3为旋风分离器，用于分离二氧化碳气体和铁；多孔活性碳粉的粒径选用60‐65μm，Fe2O3粉末的粒径为纳米级。Fe2O3再生成装置4根据L.R.David等人的专利(EP0307486)“Processforpreparingironoxide”制成一个内衬有陶瓷材料的填料塔，以陶瓷作为支撑物。反应时在填料塔内装入铁屑、盐和陶瓷球的混合物，预热填充物料底部至约700℃，通入氯和空气混合物进行氯化和复合，氯与铁屑和盐反应，在陶瓷球支撑物表面形成一层氯化钠氯化铁复盐(如NaFeCl4)，氯气加入量应控制反应区高度仅为反应物填充层总高度的1/3。通入空气进行氧化，氧与熔融状态的NaFeCl4反应，生成被包裹在盐层中的片状氧化铁晶体，同时放出的氯气从反应区上移进而形成新的反应区，重复上述过程直至氯气从反应器顶部排出，反应即结束，从反应器底部放出填充物，溶解陶瓷上的盐层，过滤收集合成Fe2O3。轨道炮轨道2的反应通道23直径为20‐25mm，轨道外壁21的厚度为4.5‐5.5mm有以下几点优点：1)可以保障吸热反应所需空间，以及反应达到剧烈程度时的沸腾空间；2)能够保障反应冷却介质在流道内连续流动，持续反应；3)轨道强度要求也可以得到满足；4)电磁轨道炮在工作时的电磁场及轨道导电性也不会有太大影响。在系统运行的过程中，多孔活性碳粉和纳米级的三氧化二铁微粒分别由第一气动吸粉泵1和第二气动吸粉泵5以较大的流速喷射出来，进入轨道炮轨道2。此时，反应介质多孔活性碳粉和纳米级的三氧化二铁微粒进入图2中梯形喷嘴22，反应介质经过梯形喷嘴22进入反应通道23并逐渐的靠近轨道内壁24，由于轨道内越靠近内壁24温度越高而反应介质的温度也随之越来越高，当温度达到临界温度500℃时，多孔活性碳粉和纳米级的三氧化二铁微粒开始发生急剧的吸热化学反应，并且随着温度的升高反应越剧烈，最终生成铁和二氧化碳并且带走大量的热量达到使轨道温度降低的效果。在反应轨道内流出的反应残留物大部分为铁和二氧化碳，将残留物通入到图1中的气体分离装置3即旋风分离器，气流由上至下做回转运动，在回转过程中，铁粉因密度大于二氧化碳，所受离心力较大而被“甩”到外围，沿器壁在向下的气流和重力的共同作用下向下排除，而“甩”掉铁粉的二氧化碳气流由旋风分离器中央向上被引出，从而达到分离铁粉和二氧化碳的目的。向下被排出的铁粉经过管道通入到入Fe2O3反应再生成装置4，通过氧化反应将铁粉重新氧化生成反应介质中包含的Fe2O3，并循环通入到Fe2O3喷射粉末系统。通过这个过程，是循环冷却系统中的铁循环使用，并给轨道炮轨道降温同时维持轨道温度在500℃左右。在装置运行时通过控制氧化铁和活性炭的通入速率来控制轨道的温度，该反应的吸热焓为300KJ/mol，轨道炮轨道在没有降温时由于电枢不停的产热温度会不断升高，可以触发该反应，而且氧化铁和活性炭反应速率达到微妙级，因此根据不同型号轨道炮的产热速率，通过改变第一气动吸粉泵1和第二气动吸粉泵5中氧化铁和活性炭的通入速率控制反应通道23中氧化铁和活性炭反应每秒所吸收热量使之大于轨道炮自身的产热速率以此来降低轨道的温度，温度降低到500℃以下以后反应因达不到触发温度停止进行而电枢持续产热会使温度再次升高到触发温度触发反应，使轨道温度降低，如此周而复始的进行。在使用时，先打开第一气动吸粉泵1和第二气动吸粉泵5，喷射多孔活性碳粉和Fe2O3粉末将纳米活性炭和氧化铁通入轨道炮轨道2内反应，通过剧烈吸热反应降低轨道温度，然后将反应产物经过气体分离装置3分离，将铁通入氧化铁再生成装置4中通过熔盐法将铁再生产为氧化铁以达到循环利用的目的。