一种高低压引射雾化强化换热装置的制作方法

2021-03-09 15:03:41|

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[0001]
本发明涉及飞行器环境控制技术领域，具体涉及一种高低压引射雾化强化换热装置。

背景技术：

[0002]
飞行器环境控制系统制冷子系统中，为了增强制冷性能，需要将水分离器排出的水喷至换热器冷边，并引一路高压空气进行引射雾化，用水的汽化潜热降低换热器冷边温度，提高制冷性能。由于需要专门引一路高压空气，会造成引气损失，同时增加了管路重量，需要进行技术创新。

技术实现要素：

[0003]
发明目的：满足飞行器环境控制系统制冷子系统的换热性能强化需求，解决采用高压引气进行喷水雾化时带来额外工质与重量损失的问题，达到降低环境控制系统功耗、降低设备重量、改善飞行器燃油消耗的目的。
[0004]
技术方案
[0005]
提供一种高低压引射雾化强化换热装置，包括高压水分离器(1)、高压通道 (2)、低压水分离器(3)、低压通道(4)、引射雾化喷嘴(5)、冲压空气通道(6)、热交换器(7)；
[0006]
所述引射雾化喷嘴(5)为管状结构，管状结构一端为高压入口，管状结构另一端为液雾喷射口，在所述高压入口与液雾喷射口之间形成收缩的喉道；在所述管状结构侧壁开有低压入口，且所述低压入口设置位置位于所述喉道与液雾喷射口之间；
[0007]
引射雾化喷嘴的液雾喷射口联通到冲压空气通道(6)，且位于热交换器(7) 上游；
[0008]
引射雾化喷嘴的高压入口与高压通道(2)联通；
[0009]
引射雾化喷嘴的低压入口与低压通道(2)联通；
[0010]
所述热交换器(7)设置在冲压空气通道与环境控制系统的引气高温管路之间形成热交换；
[0011]
高压水分离器(1)通过高压通道(2)与引射雾化喷嘴的高压入口联通，低压水分离器(1)通过低压通道(2)与引射雾化喷嘴的低压入口联通；
[0012]
所述高压水分离器(1)排出的介质压力与冲压空气通道中的最大介质压力满足关系式，q≥1.89p，q为高压水分离器(1)排出的介质压力，p为冲压空气通道中的最大介质压力。本发明能够满足q≥1.89p关系的条件下，引射雾化喷嘴的喉道将在其流通能力的临界状态工作，空气在喉道处加速至音速，高速气流与引射雾化喷嘴的低压入口过来的水流撞击产生细小的水滴，使水可以快速气化吸热，降低换热器冷边温度，提高换热器换热性能。
[0013]
进一步的，在所述的冲压空气通道中设置有流量调节装置，冲压空气流量调节装置设置在所述液雾喷射口上游，能够调节冲压空气通道中的流量。当环控系统处于最大制冷工作模式时，冲压空气流量调节装置为全开状态，当环控系统不在最大制冷工作模式
时，冲压空气流量调节装置开度减小，可以降低飞机飞行阻力，减少飞机燃油消耗。
[0014]
进一步的，所述低压入口的开口方向与喉道出口喷射方向呈夹角，所述夹角的角度在60
°
以上。优选为90
°
。引射雾化喷嘴使用高速气流装机水流进行雾化，当夹角角度过小时，雾化效果变差，夹角为90
°
时雾化效果较好，如角度超过90
°
，易对流动介质产生较大的流动阻力。
[0015]
进一步的，所述引射雾化喷嘴同时作为高压水分离器的限流装置。由于连接高压水分离器的高压通道内介质压力通常在300kpa(a)以上，如果不设置限流装置，会损失大量高压空气，导致飞机环控系统性能降低。引射雾化喷嘴处于临界状态时，喉道处于限流状态，可以起到高压水分离器排水管路中空气介质的限流作用，无需增加额外的限流装置。
[0016]
进一步的，所述喉道的材质为高硬度材料，高硬度材料的硬度高于hrc38。高硬度材料可保证引射雾化喷嘴的喉道长时间使用不致磨损变大，限流特性发生改变。
[0017]
进一步的，所述喉道的直径1mm～3mm。
[0018]
进一步的，引射雾化喷嘴的液雾喷射口的喷射方向与冲压空气通道(6)的流向夹角小于90
°
，以使得介质汇聚不形成干涉。
[0019]
采用本发明的高低压引射雾化强化换热装置，可以降低飞机环境控制系统中热交换器的冷边温度，提高环境控制系统的制冷能力；同时，当环境控制系统不在最大制冷工作模式时，可以减小所需的冲压空气流量，降低飞机飞行阻力，减少飞机燃油消耗；另外，本发明的高低压引射雾化强化换热装置可省去额外的高压引气管路对水流进行雾化，可以减少低压水分离器排水雾化所需的引气损失，并降低装置重量。
[0020]
有益效果
[0021]
本发明采用高低压引射雾化强化换热装置，可以降低飞机环境控制系统中热交换器的冷边温度，提高环境控制系统的制冷能力；同时，当环境控制系统不在最大制冷工作模式时，可以减小所需的冲压空气流量，降低飞机飞行阻力，减少飞机燃油消耗；另外，本发明的高低压引射雾化强化换热装置可省去额外的高压引气管路对水流进行雾化，可以减少低压水分离器排水雾化所需的引气损失，并降低装置重量。
附图说明
[0022]
图1为本发明的结构示意图；
[0023]
图2为实施例1的结构示意图；
[0024]
图3为实施例1引射雾化喷嘴的示意图；
[0025]
图4为实施例2的结构示意图；
[0026]
图5为实施例2引射雾化喷嘴的示意图；
[0027][0028]
其中：1-高压水分离器、2-高压通道、3-低压水分离器、4-低压通道、5-引射雾化喷嘴、6-冲压空气通道、7-热交换器、8-冲压空气流量调节装置。
具体实施方式
[0029]
实施例1，参见附图1，提供一种高低压引射雾化强化换热装置，包括高压水分离
器(1)、高压通道(2)、低压水分离器(3)、低压通道(4)、引射雾化喷嘴(5)、冲压空气通道(6)、热交换器(7)；
[0030]
所述引射雾化喷嘴(5)为管状结构，管状结构一端为高压入口，管状结构另一端为液雾喷射口，在所述高压入口与液雾喷射口之间形成收缩的喉道；在所述管状结构侧壁开有低压入口，且所述低压入口设置位置位于所述喉道与液雾喷射口之间；
[0031]
引射雾化喷嘴的液雾喷射口联通到冲压空气通道(6)，且位于热交换器(7) 上游；
[0032]
引射雾化喷嘴的高压入口与高压通道(2)联通；
[0033]
引射雾化喷嘴的低压入口与低压通道(2)联通；
[0034]
所述热交换器(7)设置在冲压空气通道与环境控制系统的引气高温管路之间形成热交换；
[0035]
高压水分离器(1)通过高压通道(2)与引射雾化喷嘴的高压入口联通，低压水分离器(1)通过低压通道(2)与引射雾化喷嘴的低压入口联通；
[0036]
所述高压水分离器(1)排出的介质压力与冲压空气通道中的最大介质压力满足关系式，q≥1.89p，q为高压水分离器(1)排出的介质压力，p为冲压空气通道中的最大介质压力。本发明能够满足q≥1.89p关系的条件下，引射雾化喷嘴的喉道将在其流通能力的临界状态工作，空气在喉道处加速至音速，高速气流与引射雾化喷嘴的低压入口过来的水流撞击产生细小的水滴，使水可以快速气化吸热，降低换热器冷边温度，提高换热器换热性能。
[0037]
所述低压入口的开口方向与喉道出口喷射方向呈夹角，所述夹角的角度为 90
°
。所述引射雾化喷嘴同时作为高压水分离器的限流装置。所述喉道的材质为高硬度材料，高硬度材料的硬度高于hrc38。所述喉道的直径1.9mm。
[0038]
引射雾化喷嘴的液雾喷射口的喷射方向与冲压空气通道(6)的流向夹角为 90
°
，以使得介质汇聚不形成干涉。
[0039]
实施例2，参见附图2，提供一种高低压引射雾化强化换热装置，包括高压水分离器(1)、高压通道(2)、低压水分离器(3)、低压通道(4)、引射雾化喷嘴(5)、冲压空气通道(6)、热交换器(7)；
[0040]
所述引射雾化喷嘴(5)为管状结构，管状结构一端为高压入口，管状结构另一端为液雾喷射口，在所述高压入口与液雾喷射口之间形成收缩的喉道；在所述管状结构侧壁开有低压入口，且所述低压入口设置位置位于所述喉道与液雾喷射口之间；
[0041]
引射雾化喷嘴的液雾喷射口联通到冲压空气通道(6)，且位于热交换器(7) 上游；
[0042]
引射雾化喷嘴的高压入口与高压通道(2)联通；
[0043]
引射雾化喷嘴的低压入口与低压通道(2)联通；
[0044]
所述热交换器(7)设置在冲压空气通道与环境控制系统的引气高温管路之间形成热交换；
[0045]
高压水分离器(1)通过高压通道(2)与引射雾化喷嘴的高压入口联通，低压水分离器(1)通过低压通道(2)与引射雾化喷嘴的低压入口联通；
[0046]
所述高压水分离器(1)排出的介质压力与冲压空气通道中的最大介质压力满足关系式，q≥1.89p，q为高压水分离器(1)排出的介质压力，p为冲压空气通道中的最大介质压力。本发明能够满足q≥1.89p关系的条件下，引射雾化喷嘴的喉道将在其流通能力的临
界状态工作，空气在喉道处加速至音速，高速气流与引射雾化喷嘴的低压入口过来的水流撞击产生细小的水滴，使水可以快速气化吸热，降低换热器冷边温度，提高换热器换热性能。
[0047]
在所述的冲压空气通道中设置有流量调节装置，冲压空气流量调节装置设置在所述液雾喷射口上游，能够调节冲压空气通道中的流量。所述低压入口的开口方向与喉道出口喷射方向呈夹角，所述夹角的角度为80
°
，所述引射雾化喷嘴同时作为高压水分离器的限流装置。
[0048]
所述喉道的直径2.5mm。
[0049]
引射雾化喷嘴的液雾喷射口的喷射方向与冲压空气通道(6)的流向夹角小于60
°
，以使得介质汇聚不形成干涉。

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