[发明专利]一种液氧空气蒸发掺混装置

说明书

本发明公开了一种液氧空气蒸发掺混装置。本发明的液氧空气蒸发掺混装置包括管路、垂直于管路中心轴的轮辐形的分配盘，分配盘的周向设置有环槽，分配盘的内部设置有若干液氧管道，液氧管道开有通孔，通孔上安装有液氧注入管。本发明的液氧空气蒸发掺混装置结构可靠、加工工艺简单，能够快速完成液氧流量50kg/s~100kg/s、空气流量200kg/s~300kg/s、压力16MPa以上的液氧快速蒸发，以及液氧蒸汽与高压空气快速掺混，能够在装置出口获得组分和浓度均匀的用于大流量高温燃烧风洞试验的富氧空气。

技术领域

本发明属于高温燃烧风洞技术领域，具体涉及一种液氧空气蒸发掺混装置。

背景技术

大流量高温燃烧风洞通常采用液氧、空气与液体或气体燃料进行燃烧，以获得试验所需的高焓试验气体。对于喷管出口直径在1.5m以上的高温燃烧风洞，液氧和空气供应压力通常高达16MPa以上，液氧流量高达100kg/s，空气流量高达300kg/s~400kg/s。为了便于组织燃烧，一种可行的方法是利用空气直接将液氧蒸发并且掺混，形成均匀的气态富氧空气（富氧空气中的氧含量大于空气中的21%），以便于后续与燃料组织进行气气燃烧（对于气态燃料）或气液燃烧（对于液态燃料）。这种方法的好处是不需要外部工质或能量输入即可完成液氧的蒸发。但是，由于液氧具有极强的氧化性，在大流量和高压情况下，如何在保证安全的前提下，快速完成蒸发掺混，形成均匀的富氧空气，是掺混装置设计的关键。

传统的液氧蒸发装置一般采取盘管或片状换热器等形式，不便于将蒸发和与空气掺混两个过程融合起来，并且在高压大流量下安全性也存在问题。例如，中国专利文献库公开了申请号为CN201410347497.4的一种液氧气化器装置，该液氧气化器装置采用多根细圆管通入液氧，并在腔体中通入空气，通过对流换热对液氧进行加热，能够实现流量0.5kg/s~1.5kg/s的液氧气化。由于液氧气化器装置采用细管方式，导致液氧气化和空气混合两个过程分开，难以应用到液氧流量达50kg/s~100kg/s、压力16MPa以上的场合。

当前，亟需发展一种能够将大流量液氧快速蒸发成液氧蒸汽，并且液氧蒸汽能够快速与空气混合两个子过程相结合的液氧空气蒸发掺混装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种液氧空气蒸发掺混装置。

本发明的液氧空气蒸发掺混装置，其特点是，所述的液氧空气蒸发掺混装置包括管路，按照空气流动方向，管路从前至后依次包括进气口管段、扩散锥段和渗混段，进气口管段、扩散锥段和渗混段同中心轴；进气口管段和渗混段均为等直圆管段，进气口管段的内径小于渗混段内径，进气口管段和渗混段之间通过扩散锥段过渡连接；

渗混段上安装有垂直于管路中心轴的轮辐形的分配盘；分配盘的中心轴线上设置有与管路中心轴同轴的中心空腔；分配盘沿周向开有与液氧进气管道相通的环槽；分配盘在0°、60°、120°、180°、240°、300°位置设置有辐条，辐条开有液氧管道Ⅰ，在30°、90°、150°、210°、270°、330°位置设置有与辐条外型相似长度短于辐条的突起，突起上开有液氧管道Ⅱ，液氧管道Ⅰ和液氧管道Ⅱ的内径相同，辐条的两端分别开有与管路中心轴平行的通孔Ⅰ、通孔Ⅱ，突起的悬空端开有与管路中心轴平行的通孔Ⅲ，通孔Ⅲ在相邻辐条上的投影位于相邻辐条的通孔Ⅰ、通孔Ⅱ的中点；通孔Ⅰ、通孔Ⅱ和通孔Ⅲ的内径相同，通孔Ⅰ、通孔Ⅱ和通孔Ⅲ上均安装有液氧注入管，液氧注入管的管壁上开有若干阵列的小孔，小孔的中心轴线与管路中心轴垂直或者相交；

液氧进入液氧进气管道后，沿环槽流入分配盘内的液氧管道Ⅰ和液氧管道Ⅱ，再通过液氧注入管喷入管路并蒸发形成液氧蒸汽；高压空气经进气口管段、扩散锥段通过渗混段的分配盘，在分配盘前后与液氧蒸汽充分混合形成组分和温度均匀的富氧空气，富氧空气通过渗混段流出。

进一步地，所述的分配盘的辐条开有并列的若干条液氧管道Ⅰ，突起上开有与若干条液氧管道Ⅰ对应的若干条液氧管道Ⅱ。

进一步地，所述的管路、分配盘和液氧注入管均采用奥氏体不锈钢材料，并用熔焊焊接连接。