一种改进储气式风洞的方法及其装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于风洞技术领域，具体涉及一种改进储气式风洞的方法及其装置。
【背景技术】
[0002]风洞即风洞实验室，是以人工的方式产生并且控制气流，用来模拟飞行器或实体周围气体的流动情况，并可量度气流对实体的作用效果以及观察物理现象的一种管道状实验设备，它是飞行器研制工作中的一个不可缺少的组成部分。它不仅在航空和航天工程的研究和发展中起着重要作用，随着工业空气动力学的发展，在交通运输、房屋建筑、风能利用等领域更是不可或缺的。
[0003]风洞的驱动系统有两类，一类是连续式风洞，由可控电机组和由它带动的风扇或轴流式压缩机组成。风扇旋转或压缩机转子转动使气流压力增高来维持管道内稳定的流动。改变风扇的转速或叶片安装角，或改变对气流的阻尼，可调节气流的速度。另一类是储气式风洞，用小功率的压气机事先将空气增压贮存在贮气罐中，或用真空栗把与风洞出口管道相连的真空罐抽真空，实验时快速开启阀门，使高压空气直接或通过引射器进入洞体或由真空罐将空气吸入洞体，因而有吹气、引射、吸气以及它们相互组合的各种形式。
[0004]目前储气式风洞普遍采用压气机将空气先压缩到大型储气瓶中，试验时集中释放获取强大气流。压气机工作时电能消耗巨大，从几十千瓦到几万千瓦不等，并且压气机压气的能量转换效率很低，在10~20%之间，大部分能量变成热量散失到环境。传统储气式风洞能耗大、效率低、连续工作时间短，同时一个不稳定的大型负载对电网压力大。
【发明内容】
[0005]针对现有技术上存在的不足，本发明提供充分利用环境热能，节能减排，大幅度减少对电能的消耗、可以快速、连续大气流供气、简化系统、降低能耗，效率高、成本低的改进储气式风洞的方法及其装置。
[0006]为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现:
一种改进储气式风洞的方法，其包括以下步骤:
低压液态空气或低压液态氮气经高压低温栗压入气化器吸收环境热源转化为常温高压气体；
所述的常温高压气体一部分充入压缩气罐，另一部分驱动膨胀机将高压势能转化为机械能驱动空压机；
环境中的常温常压空气经过空气放大器增压形成有一定压力和流速的气流输入空压机，所述的空压机对输入的带压力和流速的气体进行压缩后输出的高压气体与所述膨胀机做功后产生的乏气混合进入所述的压缩气罐；
所述的压缩气罐的压缩气体经过风洞喷气头高速进入风洞管形成风洞工作气流。
[0007]上述的一种改进储气式风洞的方法，其所述的低压液态空气或低压液态氮气的压力范围为0.1-0.5MPa。
[0008]上述的一种改进储气式风洞的方法，其所述的常温高压气体的压力范围为0.8_60Mpa。
[0009]上述的一种改进储气式风洞的方法，其所述的膨胀机产生的乏气引入所述空压机循环冷却后与所述空压机输出的高压气体混合输入所述的压缩气罐。
[0010]上述的一种改进储气式风洞的方法，其所述的热源包括环境中的空气源、水源、土壤源、地热源。
[0011]—种改进储气式风洞的装置，包括依次相连的空压机、压缩气罐、风洞管及其连接管路和阀门，其还包括液态空气或液态氮气储罐、高压低温栗、气化器、膨胀机、空气放大器，所述的膨胀机的输出轴连接所述的空压机，所述的高压低温栗进口连接所述的液态空气或液态氮气储罐，其出口连接所述的气化器，所述气化器出口通过管道分为两路，一路经过快充气阀与所述的压缩气罐相连，另一路与所述的膨胀机的进口相连，环境中的常温常压空气通过管道输入所述的空气放大器的一个进口，所述的空气放大器的另一个进口与所述的压缩气罐相连，所述空气放大器的出口连接所述的空压机进口，所述空压机的压缩空气出口和所述的膨胀机的乏气出口通过压缩空气输入管与所述的压缩气罐相连，所述的压缩气罐的出口通过工作气管连接至风洞入口的风洞喷气头形成风洞气流。
[0012]上述的一种改进储气式风洞的装置，其所述的空气放大器为单级或多级串联结构。
[0013]上述的一种改进储气式风洞的装置，其所述膨胀机的乏气出口与空压机冷却系统入口相连，所述空压机冷却系统出口与所述空压机的压缩空气出口并入压缩空气输入管后与所述的压缩空气罐相连。
[0014]上述的一种改进储气式风洞的装置，其所述的膨胀机为涡轮叶片式、活塞气缸式、螺杆式、蜗旋式结构。
[0015]上述的一种改进储气式风洞的装置，其所述的空压机为涡轮叶片式、活塞气缸式、螺杆式、蜗旋式结构。
[0016]有益效果:
本发明将气化器、空气放大器、膨胀机用于风洞领域，无需巨大的能源消耗，采用液态空气吸收环境热源膨胀、气化，获得高压气体，节约大量成本。利用科恩达效应原理设置空气放大器，用少量常压空气形成10~100倍的高流量压缩空气，体积小、装置简单、供气量大，利用乏气的低温特性改善空压机性能，进一步改善空压机效能。利用膨胀机部分热能转化为机械能输出带动空压机，并进一步输出冷量，耗能少、无噪声、成本低。采用直接快充装置启动快，可以快速补充压缩气罐压力，实现连续大气流供气，效率高。
【附图说明】
[0017]
下面结合附图和【具体实施方式】来详细说明本发明；
图1为本发明装置的示意图。
【具体实施方式】
[0018] 为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合【具体实施方式】，进一步阐述本发明。
[0019]参照图1，本发明包括依次相连的液态空气储罐1、高压低温栗2、气化器3、压缩空气罐4、膨胀机5、空压机6、空气放大器9、风洞管23，膨胀机5的输出轴连接驱动空压机6。液态空气储罐1的出口通过低压液态空气管11连接高压低温栗2的进口，高压低温栗2的出口通过高压液态空气管12连接气化器3，气化器3出口通过高压空气管13分为两路，一路连接直充气管15经过快充气阀7与压缩空气罐4的一个进口相连，另一路通过驱动气管14连接膨胀机5的进气口，膨胀机5做功后产生的乏气由膨胀乏气管16引出连接空压机冷却气入口，经过循环后由冷却气排出管24排出的气体经压缩空气输入管18进入压缩空气罐4。利用膨胀机做功后产生的乏气给空压机冷却，保证了空压机能工作在较低温度下，改善了空压机效能。环境中的常温常压空气通过管道10输入单级的空气放大器9的一个进口，空气放大器9的另一个进口通过驱动气管20与压缩空气罐4的出口相连，用于引入少量压缩空气，空气放大器9的出口通过增压空气管19与空压机6的进气口相连，空压机6的出气口通过压缩空气管17与压缩空气输入管18相连将压缩空气输送进压缩空气罐4，压缩空气罐4的出口设置工作气阀8