[发明专利]基于常温的水浴式液氮汽化方法

说明书

技术领域

本发明属于航天器噪声环境试验技术领域，具体涉及一种基于常温的液氮汽化方法。

背景技术

航天器在发射和飞行阶段会经历严酷的噪声环境，噪声环境会诱发严重的振动响应，航天器的破坏或失效与振动响应的激烈程度密切相关。航天器噪声环境试验是模拟航天器经历噪声环境、检测航天器设计可靠性的必备手段，在航天器研制进程中具有重要作用，航天器噪声环境试验一般在混响室噪声试验系统中进行。大功率声源是混响室噪声试验系统的必要设备，大功率声源一般采用将气体的机械能转换为声能，稳定流速的气源是试验系统重要的组成部分。航天器噪声环境试验要求的试验空间大，声压级高，这就要求混响室噪声试验系统应具备相当大规模的气源系统，例如，一个1000m³混响室，要达到153dB的总声压级，其标准状态下的气流量约为300m³/min，同时还要求一定的持续时间。另外，气源的选择要考虑洁净度要求、综合经济性能、环境污染等方面。

大型气源系统一般采用大型空压机压缩空气或液氮汽化办法获取，对于大型航天器噪声环境试验所需气源规模，空压机压缩空气方法气流量很难满足应用需求，空气易受环境污染，而且设备占用空间大，能耗高。常规液氮汽化方法一般采用空气对流换热方法，空气热容量较低，对于大流量气源应用所需汽化换热设备规模庞大，另外，这一方法受空气环境温度影响较大，在冬季低温时间，液氮汽化速度较慢，很难满足高气流量应用需求。

发明内容

本发明利用水热量大的特点，提供了一种采用常温水浴式液氮汽化方法，该方法能够获得大流量、洁净氮气源，用于大型航天器噪声环境试验。

本发明采用的技术解决方案如下：

基于常温的水浴式液氮汽化系统，包括自增压液氮贮槽、液氮输液管路、汽化池、水浴式汽化器、氮气输出管路，其中，通过对液氮贮槽进行升压，压差通过液氮输液管路将液氮贮槽中的液氮输入到水浴式汽化器中，汽化器放置在充满常温水的汽化池水面下，利用热容量大的水对液氮进行汽化换热，通过氮气输出管路形成稳定的气流输出。

其中，液氮贮槽自带自增压设备，设计压力选择1.8MPa，根据试验耗气量设计贮槽容积，试验中氮气总消耗量的计算公式如下：

V＝L_w×t×N_t

式中V为氮气总消耗量，L_w为单次试验氮气消耗量，t为单次试验时间，N_t为试验工况数，氮气总消耗量转换为液氮的计算公式为：

V_L＝V/β

式中V_L为液氮总消耗量，β为液氮汽化的膨胀系数，取为676。液氮总消耗量即为设计的液氮贮槽容积。

其中，液氮输液管路采用耐低温管材，一般选择0Cr18Ni9不锈钢材料，液氮输液管路的液氮管径如下：

式中v为液氮流速，一般v≤2m/s，β为液氮汽化的膨胀系数，取为676。

其中，水浴式汽化器由盘管和支架组成，其中蛇形排列的盘管受到支架的支撑。

进一步地，盘管总长度为：

其中r为盘管半径，S为换热面积，盘管厚度应考虑工作压力进行选择，汽化器总体尺寸应结合汽化池尺寸及盘管总长度等进行具体设计。

其中，液氮输液管路和氮气输出管路上分别设置有低温阀门和手动阀门。

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明利用水热容量大的特定，可进行超大热负荷汽化换热，从而获取高速稳定的洁净氮气流，受环境温度影响较小。方法原理简单可行，系统运行稳定，常温水资源可重复利用，运行成本低，无其它能源消耗。

附图说明

图1为本发明的基于常温的水浴式液氮汽化系统的结构示意图；

其中，1、自增压液氮贮槽；2、低温阀门；3、液氮输液管路；4、汽化池；5、水浴式汽化器；6、常温水；7、氮气输出管路；8、手动阀门。

图2为本发明的基于常温的水浴式液氮汽化系统中汽化器的结构示意图。

其中，21、盘管；22、支架。

具体实施方式

以下介绍的是作为本发明所述内容的具体实施方式，下面通过具体实施方式对本发明的所述内容作进一步的阐明。当然，描述下列具体实施方式只为示例本发明的不同方面的内容，而不应理解为限制本发明范围。