专利名称：一种气体的超音速加热装置及加热方法
技术领域：
本发明涉及一种气动式气体加热装置及加热方法，特别涉及一种气体的 超音速加热装置及超音速加热方法。
背景技术：
高温气体广泛应用于冶金炼钢行业等工业现场。常规气体加热(如燃气、 电热等)都是利用热传导、对流、热辐射将热量首先传递给发热体表面附近的 气体，再通过对流换热逐步使气体整体温度升高。要使气体整体达到所需的 温度，需要一定的传热时间。用温差加热方式加热时，为提高加热速度，就 需升高外部温度，加大温差梯度，从而也增大了热损失。
而内通道高速气体气动加热方法是把高速压縮空气的一部分动能和压能 直接转化为其内能(热能)，故可在短时间内达到均匀加热。而且，压縮气 体被誉为"人类第二大能源"，可见该加热方法有广泛利用的基础。但目前 并未有这方面的相关报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、制造成本低、加热均匀而且升温迅 速的气动式气体加热装置以及加热方法。
为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的
一种气体的超音速加热装置，包括由两段直管相互密封连接的管道，管 道内壁设置有隔热层，所述两段直管连接处设置有支撑构件联接一个置于管 道内截面中心位置的喷管，该喷管与管道绝缘层之间形成一个正方向渐扩的 环形通道；该喷管内设置有先縮后扩的变截面气流通道。
一种气体的超音速加热方法，包括下述步骤(1) 首先在两段直管内壁设置隔热层，然后用一个支撑构件联接一个喷 管，将支撑构件置于两段直管相向的端面之间，再将两段直管的相向端面密 封连接成管道，并通过支撑构件使喷管固定于管道内截面中心位置，喷管与 管道绝缘层之间形成一个渐扩的环形通道；喷管内设置有先縮后扩的变截面 气流通道；
(2) 将高速压縮气体由管道入口端以亚音速送入，当高速气流通过喷管 时被分成两股，中间一股进入喷管内先縮后扩的变截面气流通道，被加速至 超音速；周围一股则进入喷管与隔热层之间的渐扩环形管道内被减速，使两 股气流在喷管末端汇合面上产生速度差，发生剧烈摩擦和扰动而被加热，被 加热气体从管道的出口端流出。
上述方案中，所述喷管内先縮后扩的变截面气流通道可采用锥形变截面 气流通道，最窄处和支撑构件处于管道内同一截面上。
本发明气体的超音速加热装置及加热方法，具有以下优点加热速度快； 加热均匀；节能高效；清洁卫生；尤其对氢气、甲烷等易燃易爆的气体的加 热，由于加热装置中没有明火，因此安全环保。另外本装置结构简单、耐用、 不易损坏，在需要高温气体的工业现场可以得到广泛应用。
图1是本发明装置的结构示意图。图中l-连接法兰；2-连接螺栓；3-密封垫圈；4-支撑构件；5-喷管；6管道；7-隔热层；8-变截面气流通道；9-渐扩环形通道。
图2是图1的A-A向剖视图。
具体实施例方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述
如图1、图2所示， 一种气体的超音速加热装置，包括由两段直管相互 密封连接的管道6，管道内壁设置有隔热层7，两段直管连接处设置有支撑构 件4联接一个置于管道6内截面中心位置的喷管5，该喷管与管道绝缘层7之间形成一个渐扩的环形通道9;该喷管5内设置有变截面气流通道8，该变
截面气流通道8为一个先縮后扩的锥形变截面气流通道；其最窄处和支撑构 件4处于管道6内的同一截面上(图2)。两段直管的密封连接处采用连接法 兰l，连接螺栓2和密封垫圈3。支撑构件4的结构为一个具有径向四等分间 隔筋的法兰，管道7可采用钢管。
高速压縮气体以亚音速v由左端(入口端)进入管道6，气流被分成2 股，中间一股进入喷管5的变截面气流通道8;而边缘的一股则进入喷管5 与隔热层7之间的渐扩环形通道9内，前者被加速至超音速，而后者被减速， 如此气流便在汇合面B上产生剧烈剪切摩擦和扰动，从而将气体的较大一部 分压能和动能直接转化为气体的内能(热能)，实现加热气体的目的；采用本 实施例的装置，气体加热的温度可达25摄氏度。
权利要求
1. 一种气体的超音速加热装置，其特征在于，包括由两段直管相互密封连接的管道，管道内壁设置有隔热层，所述两段直管连接处设置有支撑构件联接一个置于管道内截面中心位置的喷管，该喷管与管道绝缘层之间形成一个正方向渐扩的环形通道；该喷管内设置有先缩后扩的变截面气流通道。
2. 如权利要求1所述气体的超音速加热装置，其特征在于，所述喷管 内先縮后扩的变截面气流通道为锥形变截面气流通道，最窄处和支撑构件处 于管道内同一截面上。
3. —种气体的超音速加热方法，其特征在于，包括下述步骤(1) 首先在两段直管内壁设置隔热层，然后用一个支撑构件联接一个喷 管，将支撑构件置于两段直管相向的端面之间，再将两段直管的相向端面密 封连接成管道，并通过支撑构件使喷管固定于管道内截面中心位置，喷管与 管道绝缘层之间形成一个渐扩的环形通道；喷管内设置有先縮后扩的变截面 气流通道；(2) 将高速压縮气体由管道入口端以亚音速送入，当高速气流通过喷管 时被分成两股，中间一股进入喷管内先縮后扩的变截面气流通道，被加速至 超音速；周围一股则迸入喷管与隔热层之间的渐扩环形管道内被减速，使两 股气流在喷管末端汇合面上产生速度差，发生剧烈摩擦和扰动而被加热，被 加热气体从管道的出口端流出。
4. 如权利要求3所述气体的超音速加热方法，其特征在于，所述喷管内 先縮后扩的变截面气流通道采用锥形变截面气流通道，最窄处和支撑构件处 于管道内同一截面上。
全文摘要
本发明公开了一种气体的超音速加热装置及加热方法，加热装置包括由两段直管相互密封连接的管道，管道内壁设置有隔热层，两段直管连接处设置有支撑构件联接一个置于管道内截面中心位置的喷管，该喷管与管道绝缘层之间形成一个正方向渐扩的环形通道；喷管内设置有先缩后扩的变截面气流通道。高速压缩气体由管道入口端以亚音速送入，通过喷管时被分成两股，中间一股进入喷管的变截面气流通道加速至超音速，周围一股则进入渐扩环形通道内，两股气流在喷管末端汇合面上产生速度差，发生剧烈剪切摩擦和扰动而被加热，被加热气体从管道的出口端流出。本发明具有结构简单、制造成本低、加热均匀且升温迅速、节能高效、清洁卫生、安全环保等优点。
文档编号F24J3/00GK101280973SQ20081001801
公开日2008年10月8日 申请日期2008年4月21日 优先权日2008年4月21日
发明者孟祥兆, 朱晓军, 牛力军, 王新军, 章利特, 高铁瑜, 龚建英 申请人:西安交通大学