一种用于高超声速高温风洞的高压异丁烷安全排放装置

技术领域

本发明属于高超声速高温风洞试验技术领域，具体涉及一种用于高超声速高温风洞的高压异丁烷安全排放装置。

背景技术

高超声速高温风洞属于燃烧加热型风洞，具有热功率大（达千兆瓦量级）、流场均匀区宽、流场品质优（分钟级）、运行时间长的特点，能够同时模拟飞行马赫数、动压、总焓和氧组分等参数，是开展高超声速飞行器超燃冲压发动机、涡轮冲压发动机、火箭冲压发动机等组合动力性能试验，以及高超声速飞行器机体推进一体化性能试验和大尺寸热防护系统性能评估鉴定考核的重要地面模拟试验设备之一。

高超声速高温风洞采用燃料、液氧和空气三组元混合燃烧，形成高温高压气流，通过喷管膨胀加速，形成高超声速射流，对安装在喷管出口的发动机、一体化飞行器或热防护部件等进行性能测试和考核。

异丁烷属于易燃易爆燃料，具有热值高、点火能量低、燃烧产物流场污染小等特点，是大型燃烧加热型高超声速高温风洞的重要燃料之一。高压异丁烷燃料供应系统为大型燃烧加热型高超声速高温风洞的关键子系统之一。高压异丁烷燃料供应系统的工作流程是，试验前利用高压氮气将储存在高压储罐内的异丁烷挤压至数十兆帕，试验时通过管路系统将高压异丁烷燃料供应至高超声速高温风洞，试验后将高压储罐内的高压异丁烷燃料压力泄放至异丁烷饱和蒸气压附近。高压异丁烷燃料在试验后的安全排放严重影响风洞设备安全和风洞片区人员安全。

常规的排放装置主要是在高压储罐顶部的放气口安装一段直通大气的管道。这种排放方式主要存在以下问题：高压放气时，气流夹带异丁烷液体排入大气，导致异丁烷液体未完全汽化或扩散不均匀，比空气重的异丁烷气体极易聚集在地下管沟或地面低洼处，造成重点安全隐患或引发安全事故。

当前，亟需发展一种用于高超声速高温风洞的高压异丁烷安全排放装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于高超声速高温风洞的高压异丁烷安全排放装置，用以克服现有技术的缺点。

本发明的用于高超声速高温风洞的高压异丁烷安全排放装置，其特点是，所述的高压异丁烷安全排放装置为分液罐，分液罐的顶面的前、后两端分别设置有进气管口和出气管口，进气管口通过进气管道与高超声速高温风洞的高压燃料罐出口连接，出气管口连接竖直的出气管道，出气管道上设置有高出高超声速高温风洞顶面的出气口，出气口的朝向与当地年平均风向相同。

进一步地，所述的出气口高出高超声速高温风洞顶面至少3米。

进一步地，所述的分液罐底部设置积液管，积液管远离进气管口，靠近出气管口；分液罐倾斜3°～5°安装，坡面朝向积液管。

进一步地，所述的分液罐上设置有液位监测仪和压力监测表。

进一步地，所述的出气管道直径大于进气管道直径。

本发明的用于高超声速高温风洞的高压异丁烷安全排放装置，通过在高压燃料罐出气口安装分液罐，分离、收集高速氮气放气过程中夹带的异丁烷液体；进气管口和出气管口分别布置在分液罐顶部两端，增加高速氮气气流在分液罐的驻留时间，使得异丁烷液体积存在分液罐内，不与高速氮气一起排放至大气，待氮气泄放结束后，分液罐内的异丁烷液体自然挥发，通过高处的出气口排放至大气中。

本发明的用于高超声速高温风洞的高压异丁烷安全排放装置能够实现风洞用高压异丁烷燃料可靠、安全排放。

附图说明

图1为本发明的用于高超声速高温风洞的高压异丁烷安全排放装置的结构示意图。

图中，1.分液罐；2.进气管道；3.出气管道；4.出气口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明。

实施例1：

如图1所示，本实施例的高压异丁烷介质安全排放装置包括分液罐1、进气管道2、出气管道3和出气口4。各部件具体参数如下：

分液罐1：压力1.0MPa，容积8m³，材质304不锈钢；

进气管道2：DN50、PN420，材质304不锈钢；

出气管道3：DN200、PN10，材质304不锈钢；

出气口4：T型。

其中，DN表示管道规格、PN表示压力等级。

本实施例的用于高超声速高温风洞的高压异丁烷安全排放装置利用分液罐1分离泄放过程中异丁烷液体，通过大容积的分液罐1降低了氮气气流流经分液罐1内腔的流速，利用进气管道2和出气管道3分布在分液罐1顶部的前、后两端，增加了氮气气流在分液罐1的驻留时间，提高了氮气气流与异丁烷液体的气液分离效率。通过分液罐1的坡度安装，使得分离出来的异丁烷液体流向靠近出气口4的积液管，防止氮气气流二次夹带异丁烷液体排入大气；大直径的出气管道3竖直安装，再一次降低了氮气气流速度，延长了异丁烷液体的扩散时间，提高了扩散的充分性；待氮气气流泄放结束后，分液罐1内的异丁烷液体自然挥发，通过高处的出气口4排放至大气中，防止异丁烷液体在低洼处聚集造成危险，进而提高高超声速高温风洞的系统安全性。

本实施例的用于高超声速高温风洞的高压异丁烷安全排放装置已成功应用于中国空气动力研究与发展中心超高速研究所的某高超声速高温风洞的高压异丁烷燃料系统，成功地辅助该燃烧加热型高超声速高温风洞完成高超声速飞行器组合动力性能、机体推进一体化性能和大尺寸热防护系统性能评估鉴定地面考核试验。

以上仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或者替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。