构建矢量温度风场的气动温控阵列加热器及其控制方法

本发明属于风洞模拟实验，尤其涉及构建矢量温度风场的气动温控阵列加热器及其控制方法。

背景技术：

1、随着科学研究的不断发展，风洞试验的普及，为了获得流场以及试验的气动数据，通常需要利用风洞模拟实际流场并进行实验。在很多情况下，需要对风洞流场的温度进行不同局部分单元控制。

2、在特定的实验研究中，为了试验需要，试验段同一横截面上的气流需要具有特定的矢量温度场和速度。目前，风洞试验风场模拟装置，大多都是单加热器的风洞，通过电加热或燃烧加热来达到要模拟的温度，当使用一组电加热器进行加热时，试验段横截面上的加热器换热功率无法进行局部调整，输出的气动温度场是单一均匀的温度场，不能真实模拟出不同环境和出口形状的温度场气流。

3、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有风洞试验风场模拟装置试验段横截面上的加热器换热功率无法进行局部调整，不能真实模拟出不同环境和出口形状的温度场气流。

技术实现思路

1、为克服相关技术中存在的问题，本发明公开实施例提供了构建矢量温度风场的气动温控阵列加热器及其控制方法，所述技术方案如下：

2、本发明是这样实现的，一种构建矢量温度风场的气动温控阵列加热器，该气动温控阵列加热器包括多个流体工质供给单元和气动温控单元组成的阵列，通过在不同的时刻，改变流体工质供给单元供气量和气动温控阵列单元的加热量，形成随时间变化、提供不同加热位置、不同加热空气温度的矢量气动温度场。

3、进一步，该气动温控阵列加热器由流体工质供给阵列单元和气动温控阵列单元组成；

4、流体工质供给阵列单元，用于通过调控节流阀单元或调节风扇的功率大小控制进入各个加热器阵列单元内部的风量；

5、气动温控阵列单元，用于通过加热器阵列加热流体工质，流体工质经过各自的加热器阵列单元后被加热到不同的温度；

6、通过控制多个气动温控阵列单元，组成气动温控阵列，用于提供随时间和加热器空间位置变化的矢量温度场。

7、进一步，气动温控阵列单元包括：节流阀单元、温度传感器、压力传感器、电热丝、变压器、供电线和控制系统；

8、其中，控制系统通过供电线与温度传感器和压力传感器相连，温度传感器和压力传感器分别位于电热丝两侧。

9、进一步，每个加热器阵列单元的供给气流流量和加热功率随时间变化进行精确控制，从而实现气动温控阵列加热器模拟随时间变化的气流温度场。

10、本发明的另一目的在于提供一种构建矢量温度风场的气动温控阵列加热器控制方法，该方法用于对所述构建矢量温度风场的气动温控阵列加热器进行调控，该方法包括：

11、s1，流体工质通过高压管路或风扇供至各个阵列单元中；

12、s2，通过调控流体工质供给单元的节流阀单元或调节风扇的功率大小控制进入每个加热器阵列内部的工质流速和流量；

13、s3，当工质被分配到每个阵列单元后，工质再经过电热丝加热，通过控制系统控制不同阵列单元中热电偶的功加热量，使不同加热器阵列单元出口的工质温度不同；

14、s4，通过调整加热器阵列单元的排列方式模拟不同环境和出口形状的温度场气流，从而构造矢量温度风场。

15、在步骤s1中，流体工质包括气体、液体、粉末粉尘和等离子体。

16、在步骤s3中，热电偶的前后分别布置两个温度监测单元，温度监测单元连接在控制系统中，控制系统通过两个温度监测单元测得进出口的温度差数据，调节变压器电压，从而控制加热器加热量，进而实现恒定温度气流输出。

17、进一步，温度监测单元为热电偶。

18、在步骤s4中，加热器阵列的排列方式为矩形或圆形。

19、在步骤s4中，矢量温度风场包括燃气轮机的环形燃烧室出口、火焰桶罐的离散温度场气流、涡轮叶片进口温度场气流和尾喷管温度场气流。

20、结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明的快速构造矢量温度风场的气动温控阵列加热器中，当需要模拟不同环境和出口形状的温度场气流从而快速构造风型时，通过高压管路或者风扇供气，通过调控加热器阵列前的节流阀单元或者调节风扇的功率大小来控制进入到每一个加热器阵列内部的风量；当工质被按需求分到每一个阵列单元后，工质再经过电热丝加热，热电偶的加热量通过控制系统进行控制，加热器阵列中的每一个阵列单元都有独立的控制单元从而构成可以小型化的气动温控单元阵列，工质通过不同加热器阵列后可具有不同的工质流速和温度，形成矢量温度风场。

21、本发明的气动温控阵列加热器包括流体工质供给单元和气动温控阵列单元；流体工质供给单元，用于通过调控节流阀单元或调节风扇的功率大小控制进入各个加热器阵列内部的风量；气动温控阵列单元，用于通过加热器阵列加热流体工质，流体工质经过各自的加热器单元后被加热到不同的温度。本发明通过控制流体工资供给单元阵列和加热器单元阵列单元，可以真实模拟出不同环境和出口形状的温度场气流，构造矢量温度风场，比如燃气轮机的环形燃烧室出口、火焰桶罐的离散温度场气流、涡轮叶片进口温度场气流和尾喷管温度场气流等。本发明不局限于燃气轮机温度场气流，还可以模拟汽轮机以及矩形热风洞、环形热风洞等领域，保证了实验模拟风场的真实有效性。同时，温度场可以是稳定的稳态气动温度场，也可以是随着时间变化，加热器的温度范围(几何位置变化)和温度值(加热量改变，气体温度改变)进行改变的瞬态温度场。

22、本发明的气动温控阵列加热器通过控制加热器阵列单元可以真实模拟出不同环境和出口形状的温度场气流，构造矢量温度风场。比如燃气轮机的环形燃烧室出口、火焰桶罐的离散温度场气流、涡轮叶片进口温度场气流、尾喷管温度场气流等等。本发明可以不局限于燃气轮机温度场气流，还可以模拟汽轮机(工质为水蒸气时)等等，保证了实验分析中模拟风场的真实有效性。

技术特征：

1.一种构建矢量温度风场的气动温控阵列加热器，其特征在于，该气动温控阵列加热器包括多个流体工质供给单元和气动温控单元组成的阵列，通过在不同的时刻，改变流体工质供给单元供气量和气动温控阵列单元的加热量，形成随时间变化、提供不同加热位置、不同加热空气温度的矢量气动温度场。

2.根据权利要求1所述构建矢量温度风场的气动温控阵列加热器，其特征在于，该气动温控阵列加热器由流体工质供给阵列单元和气动温控阵列单元组成；

3.根据权利要求2所述构建矢量温度风场的气动温控阵列加热器，其特征在于，气动温控阵列单元包括：节流阀单元(2)、温度传感器(3)、压力传感器(4)、电热丝(5)、变压器(6)、供电线(8)和控制系统(7)；

4.根据权利要求2所述构建矢量温度风场的气动温控阵列加热器，其特征在于，每个加热器阵列单元的供给气流流量和加热功率随时间变化进行精确控制，从而实现气动温控阵列加热器模拟随时间变化的气流温度场。

5.一种构建矢量温度风场的气动温控阵列加热器控制方法，其特征在于，该方法用于对权利要求1至4任意一项所述构建矢量温度风场的气动温控阵列加热器进行调控，该方法包括：

6.根据权利要求5所述构建矢量温度风场的气动温控阵列加热器控制方法，其特征在于，在步骤s1中，流体工质(1)包括气体、液体、粉末粉尘和等离子体。

7.根据权利要求5所述构建矢量温度风场的气动温控阵列加热器控制方法，其特征在于，在步骤s3中，热电偶的前后分别布置两个温度监测单元，温度监测单元连接在控制系统(7)中，控制系统(7)通过两个温度监测单元测得进出口的温度差数据，调节变压器(6)电压，从而控制加热器加热量，进而实现恒定温度气流输出。

8.根据权利要求7所述构建矢量温度风场的气动温控阵列加热器控制方法，其特征在于，温度监测单元为热电偶。

9.根据权利要求5所述构建矢量温度风场的气动温控阵列加热器控制方法，其特征在于，在步骤s4中，加热器阵列的排列方式为矩形或圆形。

10.根据权利要求5所述构建矢量温度风场的气动温控阵列加热器控制方法，其特征在于，在步骤s4中，矢量温度风场包括燃气轮机的环形燃烧室出口、火焰桶罐的离散温度场气流、涡轮叶片进口温度场气流和尾喷管温度场气流。

技术总结
本发明属于风洞模拟实验技术领域，公开了构建矢量温度风场的气动温控阵列加热器及其控制方法，该气动温控阵列加热器包括流体工质供给单元和气动温控阵列单元；流体工质供给单元，用于通过调控节流阀或调节风扇的功率大小控制进入各个加热器阵列内部的风量；气动温控阵列单元，用于通过加热器阵列加热流体工质，流体工质经过各自的加热器单元后被加热到不同的温度。本发明通过控制流体工资供给单元阵列和加热器单元阵列单元，可以真实模拟出不同环境和出口形状的温度场气流，构造矢量温度风场。同时，本发明不局限于燃气轮机温度场气流，还可以模拟汽轮机以及矩形热风洞、环形热风洞等领域，保证了实验分析中模拟风场的真实有效性。

技术研发人员：张宗卫,于航,李百庆,安轩毅,刘聪
受保护的技术使用者：中国民航大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/5