一种螺旋折流板换热器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及对流换热技术领域，具体涉及一种螺旋折流板换热器。
【背景技术】
[0002]高超声速技术的科学性、先进性和多功能性使它在很多技术领域都起到了关键性作用，尤其是在高科技的航空航天领域。随着飞行器能够达到的飞行马赫数不断地提升，飞行器表面受到高速气流的气动加热越来越强烈，导致温度不断升高。如果温度超过部件材料的工作极限温度，不仅会缩短工作寿命，甚至会出现材料被烧毁，无法保证飞行器正常飞行的危险。
[0003]针对超燃冲压发动机其热防护条件和工作热环境的特殊性，目前已经提出了多种热防护方法，其中主要有:
[0004](1)气膜冷却
[0005]气膜冷却是指在热壁面附近沿其切线方向或沿一定角度向高温气体喷射用来冷却的气流，在压力与摩擦力的共同作用下，注入的冷气流会附在热壁面附近形成温度相对较低的冷却气膜，使壁面与高温气体隔离开来，从而避免了高温气体与壁面直接接触换热，同时，可以将一些高温气体或者高温火焰对热壁面造成的辐射热量带走，由此对壁面起到良好的热防护作用。
[0006](2)辐射冷却
[0007]辐射冷却是使用单层的耐高温金属壁，作为其推力室的外壁面，通过向其四周空间进行热辐射散热，来达到冷却降温的要求。
[0008](3)烧蚀冷却
[0009]烧蚀冷却是指附着在壁面上的涂层材料在高温下因为熔化、蒸发以及化学反应来吸收热量，这就会使得热壁面的附近产生一层温度比较低的冷却气流，通过对边界层温度将的降低，从而达到冷却的效果。
[0010](4)发汗冷却
[0011]发汗式冷却是指冷却剂流过壁面上开的许多微小的孔流入燃烧室，使高温气体与壁面隔离开，从而达到冷却效果。
[0012](5)再生主动冷却
[0013]再生主动冷却是对流冷却方式的一种，是当发动机工作时，使用推进燃料作为冷却剂，注入冷却通道，对燃烧室内壁进行冷却，温度升高后，再进入燃烧室燃烧做工。冷却剂通过推力室内壁所吸收的热量又回到了燃烧室，实现了能量的再生，因此称为再生冷却。
[0014]从能量利用率的角度来看，再生主动冷却拥有巨大的研究潜力和发展空间，要将再生主动冷却引入到超声速飞行器进气道前端使用的冷却系统当中，就需要设计一种换热效率高，占用空间小的冷却器。理想的连续的螺旋折流板受螺旋曲面的限制，折流板轴心区域需要加装假管，这样会降低壳体空间的利用率，增大换热器的尺寸，紧凑性下降。此外，连续螺旋折流板对加工工艺要求很高，换热器的制造安装十分复杂。【实用新型内容】
[0015]为解决现有技术中存在的缺陷，本实用新型提供了一种螺旋折流板换热器，该螺旋折流板换热器空间利用率高，换热面积大、换热效率高，结构紧凑，工艺也较为简单，适于实用。
[0016]为实现上述目的，本实用新型提供了一种螺旋折流板换热器，包括若干块螺旋折流板、管束、壳体、第一、二进口和第一、二出口。管束和螺旋折流板安装在壳体内，所述若干块螺旋折流板与管束轴线夹角为锐角或钝角，所述螺旋折流板整体呈断续螺旋状。
[0017]作为上述技术方案的进一步改进，壳体为长方体，燃气进口和燃气出口分别设置在壳体相对的两个侧面上，燃料进口和燃料出口分别设置在壳体相对的两个底面。
[0018]作为上述技术方案的另一种改进，所述每两块相邻的螺旋折流板之间具有连接点。
[0019]作为上述技术方案的进一步改进，所述连接点为螺旋折流板的顶点。
[0020]本实用新型的螺旋折流板换热器，结构紧凑，燃气在螺旋折流板的作用下呈螺旋状流动，并在大部分区域内形成了对管束垂直冲刷的流动方式，有效地增强了燃气与换热管内燃料对流换热的效果。同时，在螺旋折流板导引下的流动燃气，也能避免流动相对滞止的“流动死区”的出现。从这一角度来讲，也有效地增加了换热器的对流换热系数。该换热器制作工艺也更加简单，适于实用。
【附图说明】
[0021]图1为本实用新型的螺旋折流板换热器结构示意图；
[0022]图2是螺旋折流板结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本实用新型做进一步说明。应该清楚，附图中所描述的本实用新型的具体实施例仅为说明本实用新型用，其并非按实际尺寸和比例严格绘制。因此，本申请中的附图不应解释为对本实用新型的任何限制。以下所使用的“第一”、“第二”、“前”和“后”只是为了方便说明保护工具的结构，不表示顺序或相对位置关系，并不对保护范围造成限制。
[0024]如图1和2所示，本实用新型的一种螺旋折流板换热器，包括若干独立的螺旋折流板1、管束2、壳体3、第一、二进口 4、6和第一、二出口 5、7。壳体3为长方体，管束2和螺旋折流板1安装在壳体3内，若干块螺旋折流板1与管束2轴线夹角为直角、锐角或钝角，这些螺旋折流板1整体呈断续螺旋状，该断续螺旋状呈近似的螺旋面，使流体产生螺旋流动，其结构紧凑，易于加工。第一进口 4和第一出口 5分别设置在壳体相对的两个侧面上，第二进口 6和第二出口 7分别设置在壳体相对的两个底面。
[0025]作为另一种选择选，每两块相邻的螺旋折流板1之间也可具有连接点，连接点为螺旋折流板1的顶点，比如前一个螺旋折流板1的下顶点连接到后一个螺旋折流板1的上顶点。
[0026]本实用新型的工作原理如下:
[0027]本实用新型的螺旋折流板换热器，主要通过对流换热原理使高温气体，如燃料燃烧后的燃气的热量被低温燃料如煤油等带走，从而达到冷却高温气体以及换热器材料的目的。
[0028]第一进口 4为气体进口，用于高温燃气进入换热器；第一出口为气体出口，用于将高温燃气从换热器散出；第二进口 6为燃料进口，用于煤油等燃料进入换热器；第二出口 7为燃料出口，用于煤油等燃料从换热器流出。燃烧后的高温燃气经气体进口(高温燃气进口)4进入螺旋折流板换热器中，燃料，比如煤油，经燃料进口(液体进口)6进入螺旋折流板换热器中，高低温流体在螺旋折流板换热器中进行热量交换后，温度降低后的高温燃气经气体出口(高温燃气出口)5流出，温度升高后的燃料，比如煤油，从燃料出口(液体出口)7流出，再进入燃烧室燃烧。由于非连续螺旋折流板是用一系列与换热管轴向成一定夹角的平面板进行搭接而成，形成近似的螺旋面，使流体产生螺旋流动，其结构紧凑，易于加工。并且在螺旋折流板导引下的流动燃气，也能避免流动相对滞止的“流动死区”的出现。本实用新型的换热器也可用其他液体燃料进行散热，比如汽油等等。
[0029]以下为本实用新型的螺旋折流板换热器应用实例:
[0030]对发动机工作时处于高温环境的零、组件采取的散热和隔热措施，以使受热件温度不超过材料强度允许的范围，可以采用本实用新型的螺旋折流板换热器。本实用新型所涉及的螺旋折流板换热器可以用于各种航空航天发动机中，具体的方法是:
[0031]应用实例1
[0032]火箭发动机燃烧室中燃气温度高达3000?4700K，燃气压力通常是几兆帕(几十大气压)，高的可达20兆帕(约200大气压)。整个推力室内壁受到强烈加热，最严重的部位是喷管喉部附近，热流密度可高达104?105千瓦/米。将本实用新型的螺旋折流板换热器应用于此发动机，燃烧后的高温燃气经气体进口 4进入本实用新型的螺旋折流板换热器中，液体燃料经燃料进口 6进入本实用新型的螺旋折流板换热器中，高低温流体在本实用新型的螺旋折流板换热器中进行热量交换后，温度降低后的高温燃气从气体出口 5流出，温度升高后的液体燃料从燃料出口 7流出。用液体燃料冷却高温燃气，以保护受热零、组件，提尚它们的性能。
[0033]应用实例2
[0034]涡轮喷气发动机燃烧室内火焰温度可达2300K，涡轮入口燃气温度达1600K。保证受热零件正常工作或提高它们的性能均有赖于冷却技术。可以采用本实用新型的螺旋折流板换热器，通过液体燃料冷却高温燃气。将本实用新型的螺旋折流板换热器应用于此发动机，燃烧后的高温燃气经气体进口 4进入本实用新型的螺旋折流板换热器中，液体燃料经燃料进口 6进入本实用新型的螺旋折流板换热器中，高低温流体在本实用新型的螺旋折流板换热器中进行热量交换后，温度降低后的高温燃气出口 5流出，温度升高后的液体燃料经燃料出口 7流出。
[0035]基于对本实用新型优选实施方式的描述，应该清楚，由所附的权利要求书所限定的本实用新型并不仅仅局限于上面说明书中所阐述的特定细节，未脱离本实用新型宗旨或范围的对本实用新型的许多显而易见的改变同样可能达到本实用新型的目的。
【主权项】
1.一种螺旋折流板换热器，其特征在于:包括若干块螺旋折流板、管束、壳体、第一、二进口和第一、二出口 ；管束和螺旋折流板安装在壳体内，所述若干块螺旋折流板与管束轴线夹角为直角、锐角或钝角，所述螺旋折流板整体呈断续螺旋状。2.根据权利要求1所述的螺旋折流板换热器，其特征在于:壳体为长方体，第一进口和第一出口分别设置在壳体相对的两个侧面上，第二进口和第二出口分别设置在壳体相对的两个底面。3.根据权利要求1所述的螺旋折流板换热器，其特征在于:所述每两块相邻的螺旋折流板之间具有连接点。4.根据权利要求3所述的螺旋折流板换热器，其特征在于:所述连接点为螺旋折流板的顶点。
【专利摘要】本实用新型公开的一种螺旋折流板换热器，包括若干块螺旋折流板、管束、壳体、第一、二进口和第一、二出口。管束和螺旋折流板安装在壳体内，所述若干块螺旋折流板与管束轴线夹角为直角、锐角或钝角，所述螺旋折流板整体呈断续螺旋状。本实用新型的螺旋折流板换热器，结构紧凑，燃气在螺旋折流板的作用下呈螺旋状流动，并在大部分区域内形成了对管束垂直冲刷的流动方式，有效地增强了空气与换热管对流换热的效果。同时，在螺旋折流板导引下的流动燃气，也能避免流动相对滞止的“流动死区”的出现。从这一角度来讲，也有效地增加了换热器的对流换热系数。该换热器制作工艺也更加简单，适于实用。
【IPC分类】F02K9/60, F28F9/24, F28F9/00, F28D7/16
【公开号】CN205014866
【申请号】CN201520510871
【发明人】潘瑾, 金峰, 金波睿
【申请人】江苏海事职业技术学院
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年7月15日