[发明专利]一种面向再生冷却结构的单面高温等热流加热实验装置

说明书

本发明公开了一种面向再生冷却结构的单面高温等热流加热实验装置，包括底座、试验件、等热流加热源，所述底座顶面设有卡槽，所述等热流加热源安装在卡槽底面，所述试验件内部设有冷却工质流道，所述试验件与其内部冷却工质流动方向平行的一端与等热流加热源的热输出端贴合连接，所述冷却工质流道的两端通过连接管与外界连接。本发明通过在试验件的一面设置等热流加热源，满足再生冷却结构的单面热流输入条件，改变数值模拟研究的现状，为再生冷却试验研究提供了平台；本发明以传统碳氢燃料流动换热实验中电加热方式为基础，通过外接直流电源实现输入热流密度的灵活调整，具有较宽的试验工况范围，能够为再生冷却试验提供精确的等热流热环境。

技术领域

本发明属于换热实验研究技术领域，具体地说，涉及一种面向再生冷却结构的单面高温等热流加热实验装置。

背景技术

采用冲压发动机推进的高超音速飞行器是近年来航空航天领域的研发热点问题，由于高超飞行马赫数带来的极大气动热力载荷以及碳氢燃料推进剂燃烧所产生的极高温度超过了现有材料的承载能力，设计高超音速飞行器的关键之一在于解决飞行器的热防护问题，特别是冲压发动机燃烧室的冷却问题。再生冷却是一种常用于冲压发动机上的冷却方式，通常将发动机自身所用的液体燃料作为冷却介质。液体燃料在高温部件壁面内部的冷却通道中与外界高温气体反向流动，通过强制对流换热吸收热量，从而降低壁面温度。当液体燃料离开高温部件时，一方面高温部件被冷却，另一方面液体燃料以较高的温度进入燃烧室，实现了能量的再生。

再生冷却结构面临的典型热边界条件为单面热流输入条件，但目前国内再生冷却相关研究主要采取数值模拟为主，实验研究相对较少，或者仍仿照传统碳氢燃料流动换热特性试验中常用的各壁面均布热流输入条件开展。因此，需要设计一种更加贴近真实再生冷却热环境且工程试验中切实可行的试验台。

有鉴于此特提出本发明。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种面向再生冷却结构的单面高温等热流加热实验装置。为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

一种面向再生冷却结构的单面高温等热流加热实验装置，包括底座、试验件、等热流加热源，所述底座顶面设有卡槽，所述等热流加热源安装在卡槽底面，所述试验件内部设有冷却工质流道，所述试验件与其内部冷却工质流动方向平行的一端与等热流加热源的热输出端贴合连接，所述冷却工质流道的两端通过连接管与外界连接。

进一步地，所述等热流加热源包括导电螺钉、导电涂层，所述底座的两端设有凹口，所述凹口的侧壁上设有方形榫头，所述导电螺钉的侧壁对应设置与方形榫头卡接的方形榫槽，所述导电螺钉顶面与底座卡槽底面齐平，所述导电涂层覆盖卡槽底面和导电螺钉顶面设置，外接电源与导电螺钉电连接连接，所述导电涂层上覆盖有绝缘涂层，所述绝缘涂层的另一面与试验件贴合设置，所述底座采用绝缘材质制成。

进一步地，所述底座底面均匀设有若干向顶面延伸的热电偶插孔，所述热电偶插孔中安装有热电偶。

进一步地，所述试验件上安装有取压管，所述取压管的一端通过取压孔与冷却工质流道连通，另一端与压力传感器连接，所述取压管靠近连接管设置。

进一步地，所述试验件内部设有集液腔，所述冷却工质流道的两端分别通过集液腔与连接管连通。

进一步地，所述底座、试验件均呈矩形，所述卡槽沿长轴向设置，且其宽度与试验件相同，所述试验件设置在卡槽中，所述试验件的侧壁上设有限制试验件滑动的限位结构。

进一步地，所述试验件采用Inconel718高温合金材质。

进一步地，所述导电涂层采用镍铬合金材质。

进一步地，所述绝缘涂层采用氮化铝材质。

进一步地，所述底座采用氧化铝材质。