[发明专利]一种结冰风洞热气防冰试验高精度模拟方法

摘要

本发明公开了一种结冰风洞热气防冰试验高精度模拟方法，从气体输入方向到输出方向依次包括气源、减压装置、过滤器、空气加热器、多级电加热装置和试验段，所述减压装置后的气路分为两路，一路加热后与另一路未加热的进行混流，结冰风洞驻室内的气动切换阀将气路分为两路，一路气体进入试验段并通过试验模型后流出进行流量测量，另一路从试验段外部流过并进行流量测量，模型主路与模拟旁路在通过风洞试验段后合并为一路，并通过流量计和消音装置排出；使用冷热气掺混的方式，可以快速降低空气加热器后的高压热气，达到快速调温的作用；使用多级电加热管进行高精度温度调控，可以逐级将高压热气在进入试验模型之前进行高精度的温度调节。

主权项

一种结冰风洞热气防冰试验高精度模拟方法和装置，从气体输入方向到输出方向依次包括气源、减压装置、过滤装置、空气加热器、多级电加热管、气动切换阀、模型主路和模拟旁路、排气总管路，其特征在于：所述减压装置后的气路分为两路，一路为主路、进入空气加热器进行加热，另一路为支路、与空气加热器加热后的空气进行冷热气混流，所述多级电加热装置可以进一步提高热气的温度控制精度，其与试验段之间设置有气动切换阀将气路分为模型主路和模拟旁路，模型主路的气体进入结冰风洞试验段并通过试验模型的防冰腔、笛形管后流出试验段并进行流量测量，模拟旁路的气体从试验段外部的结冰风洞驻室内流过并进行流量测量，为了保证流量特性的一致性，所述试验段内的气路布设与试验段外的气路布设一致；模型主路与模拟旁路在通过风洞试验段后合并为一路，并通过流量计和消音装置排出；利用上述装置的模拟控制方法为：步骤一：启动结冰风洞驱动风机和制冷系统，使实验段内的流场和温度场达到实验的要求；步骤二：开启结冰风洞大流量高精度热气防冰实验系统，如果采用高压气源，则开启球阀让压缩空气经过一级减压阀进行减压，然后再开启二级减压阀让压缩空气进一步减压；如果采用中压气源，则开启球阀让压缩空气经过二级减压阀进行减压；步骤三：开启球阀让二级减压后的压缩空气进入到空气过滤器中，对压缩空气进行干燥，并过滤掉不干净的颗粒等杂物；步骤四：开启三通阀，使洁净的压缩空气分成两路，一路为主供气管路，压缩空气直接进入到空气加热器中进行加热，另外一路是掺混冷气支路，压缩空气由旁路与空气加热器后端的压缩空气汇合，两路均设置调节阀；步骤五：开启后端空气过滤器，将空气加热器加热后的防冰热气进行干燥和过滤，防止空气加热器内的电加热丝或点加热棒在高温下产生颗粒或异物；步骤六：将掺混冷气注入到空气加热器后端的主供气管道内，并采用温度传感器对防冰热气温度进行测量，根据温度差值来调节掺混冷气支路的流量；步骤七：开启一级电加热管道，对掺混后的防冰热气进行加热，缩小主供气管道内的防冰热气温度与实验所要求温度之间的差异；步骤八：开启二级电加热管道，对加热后的防冰热气进一步加热，直至主供气管路内的防冰热气温度与防冰实验的温度要求一致；步骤九：开启气动切换阀到模拟实验模型的支路，测量气动切换阀前端的压力、流量和温度值，待其满足热气防冰实验的入流参数要求后，将气动切换阀切换到真实实验模型主路，正式开启热气防冰实验模型的防冰实验，与此同时，启动结冰风洞的喷雾系统，开始热气防冰实验模型表面的结冰实验；步骤十：启动数据采集系统和温度、压力和流量等测量系统，将热气防冰实验模型表面温度和防冰腔、笛形管内的温度、压力、流量值进行记录和保存，同时，采用红外温度成像仪对热气防冰实验模型表面温度进行辅助测量；在热气防冰实验模型的笛形管出口处设置流量计，测量笛形管排到实验段外的高温压缩空气流量，结合笛形管入口流量，计算获得热气防冰实验模型排放到实验段内的高温压缩空气量；步骤十一：待实验时间结束，将气动切换阀切换至模拟实验模型的支路，并将高温压缩空气排放至结冰风洞外面，启动消音器将高温压缩空气产生的噪声进行消除；保持空气加热器安全阀的开启状态，关闭其它所有供气管路上的阀门，停止热气防冰实验，与此同时，关闭结冰风洞的喷雾系统和驱动风机，停止结冰和流场的建立，保持制冷系统，以保证实验段内的温度；实验人员进入到结冰风洞实验段内，近距离采集热气防冰实验模型表面的结冰和防冰数据，如实验模型表面出现结冰，则记录其表面结冰的位置、形状、尺寸的参数；步骤十二：清除热气防冰实验模型表面的结冰或其它异物，清除结冰风洞内其它部位的结冰，待热气防冰实验模型表面温度冷却下来，重复操作步骤一，进行下一次实验。