一种金枪鱼鳃丝仿生结构微通道预冷器

本发明属于喷气推进装置的空气进气道领域，具体是涉及到一种金枪鱼鳃丝仿生结构微通道预冷器。

背景技术：

1、随着航空航天技术的发展，预冷型组合循环发动机在高超声速飞行器中的应用越来越广泛。预冷器能够将进气道捕获的高温空气进行快速冷却，经过冷却后的空气能有效提高发动机压气机的工作效率，进而达到提高发动机的推力增加比冲的目的。但是，目前预冷器在强化传热提高紧凑度等方面仍面临着极大的挑战。

2、中国发明专利cn201811598700.x-微通道及预冷器，提出了一种采用微通道的预冷器，用于克服现有技术中微通道的换热能力受限于管壁加工技术无法提高等缺陷，在现有加工技术成熟度允许下，管壁厚度一定时，实现更大温降、更大换热系数和尽可能小的流动损失。

3、然而，该种微通道结构加工困难，空气流通效率有限，不适用于大量的高速高压空气的冷却。而普通的板式空气预冷器具有结构紧凑便于制造等优点，但其结构过于简单换热效率过低，无法满足预冷器高效传热的要求。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单可靠，换热效率高的金枪鱼鳃丝仿生结构微通道预冷器。

2、本发明提供一种金枪鱼鳃丝仿生结构微通道预冷器，包括矩形流道和涡流发生结构；

3、所述矩形流道由两块相对设置的热交换板和两块相对设置的支撑板围合形成，所述矩形流道两端分别为入口和出口；

4、所述涡流发生结构设置在矩形流道的入口一侧，所述涡流发生结构为三角柱体，包括相对设置的第一端面和第二端面，以及呈矩形面的第一侧边、第二侧边和第三侧边；

5、所述第一侧边与所述支撑板贴合设置，所述第二侧边靠近所述入口一侧，且第二侧边与支撑板的夹角大于等于90°；所述第三侧边靠近所述出口一侧，且第三侧边与支撑板的夹角大于90°。

6、更进一步地，所述第二侧边和第三侧边的夹角处圆弧过渡。

7、更进一步地，所述涡流发生结构沿两个支撑板的对称面镜像设置有两组，两组涡流发生结构中第二侧边和第三侧边的夹角具有第一间隔。

8、更进一步地，每组涡流发生结构至少设置有两个，每两个相邻的涡流发生结构之间具有第二间隔，所述第二间隔与第一间隔连通。

9、更进一步地，每组涡流发生结构设置有一个，涡流发生结构的第一端面与其中一个热交换板贴合设置，涡流发生结构的第二端面与另一个热交换板贴合设置。

10、更进一步地，所述支撑板由导热材质制成。

11、更进一步地，所述热交换板上设置有平行于矩形流道的冷却流道。

12、更进一步地，所述冷却流道中冷却剂的流向与所述矩形流道中的气体流向相反。

13、更进一步地，所述矩形流道和涡流发生结构呈矩形阵列设置有多组。

14、更进一步地，每行所述矩形流道中热交换板为一体，每列所述矩形流道中的支撑板为一体

15、本发明的有益效果是，本发明所提供的金枪鱼鳃丝仿生结构微通道预冷器，涡流发生结构采用三角柱体结构，且采用上述方式布置，热空气进入矩形流道后先在前端遇到涡流发生结构，热空气首先冲击第二侧边，并在第二侧边与第一侧边的夹角处开始向矩形流道的下游产生涡流，涡流具有纵向涡和横向涡，纵向涡既能搅动热空气，使远离热交换板的热空气流向热交换板，提高热空气降温均匀性，促进热交换板与热空气热的热交换，又能高速旋转破坏热交换板上的热边界层，进一步促进热交换；横向涡位于涡流发生结构的背风面位置，一定程度上能够搅动热空气，促进热交换板与热空气热的热交换。

16、产生的涡流会转捩成湍流，扰动热空气流场，全方位促进热空气与热交换板的对流换热，进一步提高热空气换热均匀性。

17、另外，第三侧边与支撑板的夹角大于90°设置，第三侧边部分的实体填充了涡流发生结构背风面的空隙，大幅减小涡流发生结构背风面负压区的大小，降低涡流发生结构对热空气流阻，提高热空气的传输效率和稳定性。

18、另外，本涡流发生结构相比于常规的凸起与矩形流道的接触面积更大，拥有更高的结构强度，能够承受高速高压空气的冲击。

19、本预冷器能有效增大预冷器的换热系数，同时不会过多的增加空气阻力系数，实现提升综合换热系数的目的。且该预冷器具有结构紧凑、换热效率高、造价低廉和结构强度高的优势。

技术特征：

1.一种金枪鱼鳃丝仿生结构微通道预冷器，其特征是，包括矩形流道(1)和涡流发生结构(2)；

2.如权利要求1所述的金枪鱼鳃丝仿生结构微通道预冷器，其特征是，所述第二侧边(22)和第三侧边(23)的夹角处圆弧(26)过渡。

3.如权利要求1所述的金枪鱼鳃丝仿生结构微通道预冷器，其特征是，所述涡流发生结构(2)沿两个支撑板(4)的对称面镜像设置有两组，两组涡流发生结构(2)中第二侧边(22)和第三侧边(23)的夹角具有第一间隔(13)。

4.如权利要求3所述的金枪鱼鳃丝仿生结构微通道预冷器，其特征是，每组涡流发生结构(2)至少设置有两个，每两个相邻的涡流发生结构(2)之间具有第二间隔(14)，所述第二间隔(14)与第一间隔(13)连通。

5.如权利要求3所述的金枪鱼鳃丝仿生结构微通道预冷器，其特征是，每组涡流发生结构(2)设置有一个，涡流发生结构(2)的第一端面(24)与其中一个热交换板(3)贴合设置，涡流发生结构(2)的第二端面(25)与另一个热交换板(3)贴合设置。

6.如权利要求1所述的金枪鱼鳃丝仿生结构微通道预冷器，其特征是，所述支撑板(4)由导热材质制成。

7.如权利要求1-6任一项所述的金枪鱼鳃丝仿生结构微通道预冷器，其特征是，所述热交换板(3)上设置有平行于矩形流道(1)的冷却流道(31)。

8.如权利要求7所述的金枪鱼鳃丝仿生结构微通道预冷器，其特征是，所述冷却流道(31)中冷却剂的流向与所述矩形流道(1)中的气体流向相反。

9.如权利要求1-6任一项所述的金枪鱼鳃丝仿生结构微通道预冷器，其特征是，所述矩形流道(1)和涡流发生结构(2)呈矩形阵列设置有多组。

10.如权利要求9所述的金枪鱼鳃丝仿生结构微通道预冷器，其特征是，每行所述矩形流道(1)中热交换板(3)为一体，每列所述矩形流道(1)中的支撑板(4)为一体。

技术总结
本发明属于喷气推进装置的空气进气道领域，具体是涉及到一种金枪鱼鳃丝仿生结构微通道预冷器，包括矩形流道和涡流发生结构；矩形流道由两块相对设置的热交换板和两块相对设置的支撑板围合形成，涡流发生结构设置在矩形流道的入口一侧，涡流发生结构为三角柱体，包括第一侧边、第二侧边和第三侧边；第一侧边与支撑板贴合设置，第二侧边靠近入口一侧，且第二侧边与支撑板的夹角大于等于90°；第三侧边靠近出口一侧，且第三侧边与支撑板的夹角大于90°，本预冷器能有效增大预冷器的换热系数，同时不会过多的增加空气阻力系数，实现提升综合换热系数的目的。且该预冷器具有结构紧凑、换热效率高、造价低廉和结构强度高的优势。

技术研发人员：石岩,陈俊杰,王朔
受保护的技术使用者：长春理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14