連續式高速風洞液氮降溫輸運系統的制作方法

本發明涉及連續式高速風洞液氮降溫輸運系統，適用于連續式高速風洞液氮降溫系統液氮的存儲、傳輸及噴注。
背景技術：
：雷諾數是風洞實驗模擬飛行器實際飛行能力的重要相似參數，研制高雷諾數風洞對我國航空工業和國防科技的發展具有重要戰略意義和工程應用價值。連續式高速風洞是由軸流壓縮機驅動的可連續長時間運行的回流式高速空氣動力學實驗平臺，其流場品質和實驗效率遠高于常規暫沖式風洞。但由于連續式高速風洞由大功率電機驅動，受能源系統的限制，其實驗段雷諾數與實際飛行雷諾數仍有一定差距，不能很好地滿足戰斗機和大型高速民機模型實驗的需求。雷諾數由流體密度、溫度、速度和模型尺寸決定，在實驗段尺寸與流體介質不易改變的情況下，降溫可增大流體密度，減小粘性系數，是一種提高實驗雷諾數有效途徑。我國目前在低溫連續式高速風洞方面尚屬空白，因此，研制適用于連續式高速風洞的液氮降溫系統及其相關低溫實驗技術對我國風洞技術創新與武器裝備研制具有重要意義。技術角度講，可以在風洞內配置專用的制冷系統以降低風洞內氣流的溫度，但受到風洞尺寸的限制，以及制冷裝置對風洞流場的干擾，不易實現。液態氮是一種低沸點的惰性物質，具有蒸發快、化學性質穩定等特點，因此，可通過向風洞內噴灑液氮的方式，利用液氮的氣化吸熱效應，帶走風洞內的熱量，從而實現降低氣流溫度，增大實驗雷諾數的目的。為此，根據連續式高速風洞的結構特點和運行模式，針對氮氣的物理特性，需要研制一套適用于連續式高速風洞的液氮輸運系統及方法，以將液氮高效、可控地送入風洞，實現風洞的降溫運行。技術實現要素：根據連續式高速風洞的結構特點和液氮的物理特性，本發明計算液氮的總需求量，設計液氮充灌及自增壓方法，確定液氮傳輸的驅動方式，設計液氮的噴入方法，提出了一種連續式高速風洞液氮降溫輸運系統，解決液氮存儲、擠推、流量控制及風洞洞體超壓、凍裂等技術問題，為連續式高速風洞降溫系統建立安全、可靠的液氮輸運技術手段。本發明的技術方案為：所述一種連續式高速風洞液氮降溫輸運系統，其特征在于：包括液氮存儲裝置、供配氣系統和液氮噴注裝置；所述液氮存儲裝置包括液氮儲罐、自增壓系統；所述供配氣系統包括液氮低溫泵、汽化器、高壓氣瓶組；所述自增壓系統使液氮儲罐內形成儲罐內壓力；儲罐內部分液氮在儲罐內壓力作用下能夠進入所述液氮低溫泵；液氮低溫泵將液氮輸送至汽化器，液氮在汽化器內蒸發增壓，而后進入高壓氣瓶組；所述高壓氣瓶組為氣控、儲罐預增壓和液氮擠推的高壓氣源；其中高壓氣瓶組中的高壓氮氣能夠擠推儲罐中的液氮，并通過液氮噴注裝置將液氮噴入風洞。進一步的優選方案，所述一種連續式高速風洞液氮降溫輸運系統，其特征在于：所述液氮存儲裝置中的液氮儲罐采用立式真空粉末絕熱低溫液體貯槽；貯槽由保溫材料、內容器、外殼與真空式過濾器組成；液氮儲罐的總容積滿足連續式高速風洞穩定運行工況下的液氮流量需求，同時滿足連續式高速風洞準備過程和過渡過程所需消耗的液氮量需求。進一步的優選方案，所述一種連續式高速風洞液氮降溫輸運系統，其特征在于：所述自增壓系統包括增壓輸入閥、調壓閥、自增壓汽化器、增壓輸出閥；增壓輸入閥、調壓閥、自增壓汽化器、增壓輸出閥連接成回路，增壓輸入閥和增壓輸出閥連接液氮儲罐；從增壓輸出閥輸出的低溫液氮經過自增壓汽化器吸熱汽化后，生成的氮氣回到儲罐內使壓力升高。進一步的優選方案，所述一種連續式高速風洞液氮降溫輸運系統，其特征在于：所述供配氣系統還包括配氣系統、連接管道和配套閥門；所述高壓氣瓶組分為氣控氣瓶組和擠推氣瓶組；所述高壓氣瓶組總容積滿足氣控氣、儲罐預增壓和擠推氣需要的氣量要求；高壓氣瓶組連接配氣系統，配氣系統對共計四路氣進行壓力設定，形成四路出口；其中氣控氣瓶組對應配氣系統兩路出口：低壓控制氣口和高壓控制氣口；擠推氣瓶組對應配氣系統兩路出口：預增壓氣口和擠推供氣口。進一步的優選方案，所述一種連續式高速風洞液氮降溫輸運系統，其特征在于：液氮低溫泵排量為250l/h，出口壓力為15mpa；汽化器蒸發量為200nm3/h，工作壓力為15mpa，出口溫度等級：≥5℃；高壓氣瓶組由27只相同的分層堆疊式布置的高壓氣瓶組成，單只氣瓶的容積為0.12m3，總容積為3.24m3，工作壓力為15mpa；其中氣控氣瓶組由2只氣瓶構成，容積為0.24m3，用于向多個氣動閥汽缸供氣，實現氣動閥閥門的快速啟閉，對應的匯流后的出氣總管通徑為15mm；擠推氣瓶組由25只氣瓶構成，容積為3m3，用于向液氮儲罐預增壓和擠推液氮，對應的出氣總管通徑為25mm。進一步的優選方案，所述一種連續式高速風洞液氮降溫輸運系統，其特征在于：配氣系統低壓控制氣口的壓力配置為1mpa，高壓控制氣口的壓力配置為5mpa，預增壓氣口的壓力配置為2mpa，擠推供氣口的壓力配置為2.7mpa。進一步的優選方案，所述一種連續式高速風洞液氮降溫輸運系統，其特征在于：所述液氮噴注裝置包括集液環、上游液氮噴嘴組、下游液氮噴嘴組；所述液氮噴注裝置安裝在風洞液氮噴注段內；集液環為環形不銹鋼管路，內徑與安裝位置處的風洞洞壁外徑相同，呈環狀安裝于風洞洞壁，用于接受來自主管道的低溫液氮并將液氮輸送至液氮噴嘴組；所述上游液氮噴嘴組包括若干上游超低溫高壓末端電磁閥、若干上游液氮噴嘴和若干上游支架管路，上游超低溫高壓末端電磁閥、上游液氮噴嘴和上游支架管路個數相同；若干上游液氮噴嘴沿風洞洞壁外側周向均勻分布，通過上游支架管路接受來自集液環的液氮，并在上游超低溫高壓末端電磁閥的控制下將液氮噴入風洞內；所述下游液氮噴嘴組包括若干下游超低溫高壓末端電磁閥、若干下游液氮噴嘴和若干下游支架管路，下游超低溫高壓末端電磁閥、下游液氮噴嘴和下游支架管路個數相同；若干下游液氮噴嘴沿風洞洞壁外側周向均勻分布，通過下游支架管路接受來自集液環的液氮，并在下游超低溫高壓末端電磁閥的控制下將液氮噴入風洞內；上游液氮噴嘴組與下游液氮噴嘴組沿風洞氣流軸線平行分布，上游液氮噴嘴組距實驗段上游端面0.61d，下游液氮噴嘴組距實驗段上游端面1.72d，其中d為實驗段上游端面內徑。進一步的優選方案，所述一種連續式高速風洞液氮降溫輸運系統，其特征在于：所述上游液氮噴嘴組由16只上游超低溫高壓末端電磁閥、16個上游液氮噴嘴和16條上游支架管路組成，16個上游液氮噴嘴沿實驗段洞壁外側周向均勻分布；16個上游液氮噴嘴由0.5mpa壓差下，其中3個上游液氮噴嘴的流量為0.02kg/s、3個上游液氮噴嘴的流量為0.12kg/s、6個上游液氮噴嘴的流量為0.6kg/s、4個上游液氮噴嘴的流量為0.73kg/s；3個流量為0.02kg/s的上游液氮噴嘴分別安裝于沿逆氣流方向觀察上游噴射截面的0°、135°、225°位置，3個流量為0.12kg/s的上游液氮噴嘴分別安裝于沿逆氣流方向觀察上游噴射截面的45°、180°、315°位置，6個流量為0.6kg/s的上游液氮噴嘴分別安裝于沿逆氣流方向觀察上游噴射截面的67.5°、112.5°、157.5°、247.5°、292.5°、337.5°位置，4個流量為0.73kg/s的上游液氮噴嘴分別安裝于沿逆氣流方向觀察上游噴射截面的22.5°、90°、202.5°、270°位置；所述下游液氮噴嘴組由16只下游超低溫高壓末端電磁閥、16個下游液氮噴嘴和16條下游支架管路組成，16個下游液氮噴嘴沿實驗段洞壁外側周向均勻分布；16個下游液氮噴嘴由0.5mpa壓差下，其中3個下游液氮噴嘴的流量為0.02kg/s、2個下游液氮噴嘴的流量為0.12kg/s、8個下游液氮噴嘴的流量為0.6kg/s、3個下游液氮噴嘴的流量為0.73kg/s；3個流量為0.02kg/s的下游液氮噴嘴分別安裝于沿逆氣流方向觀察下游噴射截面的45°、180°、315°位置，2個流量為0.12kg/s的下游液氮噴嘴分別安裝于沿逆氣流方向觀察下游噴射截面的90°、270°位置，8個流量為0.6kg/s的下游液氮噴嘴分別安裝于沿逆氣流方向觀察下游噴射截面的22.5°、67.5°、112.5°、157.5°、202.5°、247.5°、292.5°、337.5°位置，3個流量為0.73kg/s的下游液氮噴嘴分別安裝于沿逆氣流方向觀察下游噴射截面的0°、135°、225°位置。進一步的優選方案，所述一種連續式高速風洞液氮降溫輸運系統，其特征在于：支架管路前端通過膨脹節連接于集液環，液氮噴嘴前端通過超低溫高壓末端電磁閥連接于支架管路末端，液氮噴嘴末端安裝于實驗段洞壁；超低溫高壓末端電磁閥控制液氮噴嘴開閉。有益效果本方案提出的液氮儲罐自增壓方法滿足高壓氮氣制備與管路預置的要求，設計的管路預置方法解決了液氮管路的清洗、預冷及填充問題，保證了液氮輸送管路的安全；供配氣系統工作穩定，實現了液氮的預增壓及擠推輸運；環形液氮噴注方案設計合理，實現了液氮噴入流量的精確控制，并有效解決了風洞洞壁超低溫凍裂問題，保證了的風洞結構安全。采用本技術方案，為建成我國第一套連續式高速風洞降溫系統提供了技術保障。本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。附圖說明本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：附圖1是連續式高速風洞降溫系統液氮輸運系統工作原理圖；1-液氮儲罐，2-擴散器，3-第一壓力表，4-壓力變送器，5-第二壓力表，6-高壓氣瓶組，7-液位計，8-汽化器，9-液氮低溫泵，10-下游噴嘴組，11-上游噴嘴組，12-風洞洞體。附圖2是液氮儲罐及自增壓系統；附圖3是液氮降溫供配氣系統結構圖；9-液氮低溫泵，8-汽化器，6-高壓氣瓶組，13-配氣系統，14-連接管道。附圖4是液氮噴注裝置的裝配關系；15-集液環，11-上游噴嘴組，10-下游噴嘴組，16-膨脹節，17-支架管路，12-風洞洞體。附圖5是nf-6連續式高速風洞降溫系統；18-風洞本體，19-液氮存儲裝置，20-供配氣系統，21-控制系統，22-液氮噴注裝置。附圖6是常壓降溫試驗結果；附圖7是常壓降溫試驗總溫變化；附圖8是增壓降溫試驗結果；附圖9是增壓降溫試驗總溫變化；附圖10是重復性試驗總溫變化；附圖11是重復性試驗ma數變化；附圖12是重復性試驗總壓變化。具體實施方式下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。在本發明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”、“順時針”、“逆時針”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。本實施例是一套用于連續式高速風洞降溫系統的液氮輸運系統，用于連續式高速風洞液氮降溫系統液氮的存儲、傳輸及噴注。nf-6風洞是我國第一座連續式高速風洞，也是國內目前唯一一座投入運行的連續式高速風洞。該風洞的總體性能達到國內領先、國際先進水平。為了驗證本項發明的可行性及有益效果，以nf－6連續式高速風洞為實施平臺，針對風洞降溫系統的總體方案和主要技術要求，設計nf－6連續式高速風洞降溫系統的液氮輸運系統，并進行了運行調試。nf-6連續式高速風洞降溫系統由風洞本體18、液氮存儲裝置19、供配氣系統20和控制系統21及液氮噴注裝置22組成，如圖5所示。其中液氮存儲裝置承擔低溫液氮的沖灌、自增壓、超壓保護、殘夜排放任務。供配氣系統用于解決高壓氮氣制備與存儲、液氮儲罐預增壓、氣控氣與擠推氣壓力、氣動電磁閥控制的問題，液氮噴注裝置用于液氮噴注及流量精確控制。控制系統用于風洞運行中各參數的總體控制。本實施例中采用液氮儲罐自增壓、高壓氮氣制備、儲罐預增壓、液氮擠推、環形噴注及氣動電磁閥精確控制的方法實現液氮的輸運與噴注，工作原理如圖1所示。首先通過液氮存儲裝置的自增壓系統使儲罐內形成一定的壓力；之后從液氮儲罐引流部分液氮進入低溫泵，通過汽化器汽化增壓后進入高壓氣瓶組，建立液氮擠推和氣動電磁閥所需的高壓氣源，并利用氣瓶組的高壓氮氣對液氮儲罐預增壓，進一步提高儲罐內的壓力，使其接近工作壓力；準備工作完成后，風洞降溫系統開始運行，打開擠推管路閥門，利用高壓氮氣擠推儲罐中的液氮；最后通過環形噴注裝置將液氮噴入風洞。本實施例中液氮存儲裝置由液氮儲罐和外部管路組成。液氮儲罐采用立式真空粉末絕熱低溫液體貯槽，貯槽由保溫材料、內容器、外殼與真空式過濾器組成。連續式高速風洞降溫運行過程中液氮需求包括兩個方面，一方面是穩定運行工況下的液氮流量需求，另一方面是準備過程和過渡過程所需消耗的液氮量。所以液氮儲罐的總容積滿足連續式高速風洞穩定運行工況下的液氮流量需求，同時滿足連續式高速風洞準備過程和過渡過程所需消耗的液氮量。連續式高速風洞準備過程和過渡過程所需消耗的液氮量包括液氮儲罐蒸發的液氮量，擠推氣消耗的液氮量，管路清洗、預冷和填充消耗的液氮量、過渡工況所消耗的液氮量，以及其它損耗。液氮儲罐的定蒸發指標為1％/天，設計儲存時間7天；擠推氣瓶容積為3.0m3,實際充填壓力按12mpa計算(由3mpa充填至15mpa)，其液氮需求總量約為420kg；液氮輸送主管路總長度為60m、管路內徑為填充所需液氮量約為548kg，取管路清洗和預冷的需要量與管路填充量相同，則同樣為548kg；可確定過渡工況的運行時間為360s，液氮流量為最大流量的1/3,則其液氮消耗量為1920kg；其它損耗按總量的5％考慮。穩定運行工況下的液氮流量主要取決于抵消壓縮機對氣流做功功率所需的液氮流量。抵消壓縮機對氣流做功功率所需的液氮流量通過風洞流場校測實驗數據計算獲得。根據氣流通過壓縮機的溫度升高曲線，穩定工況下的最大液氮流量需求為16kg/s。根據上述計算結果，設穩態運行時間為90s，則一次運行的最大液氮需求總量為5641kg，對應的液氮體積為6.76m3，考慮到液氮罐內擴散器安裝、液氮罐充灌系數的限制等因素，實際對應的儲罐容積應為7.76m3，保留一些余量后液氮罐的總容積應大于10m3，根據低溫壓力容器的相關規范，最終確定液氮儲罐的總容積為13m3。所以本實施例中液氮儲罐主要技術參數為：容積13m3，最高工作壓力2.0mpa，工作溫度-196℃～50℃，液氮日蒸發率≤1.0％。外部管路由組合充灌系統、自增壓系統、儲罐安全系統、儲罐供氣系統、儀表監測系統五部分組成，如圖2所示。所述組合充灌系統位于貯槽的正面，用于向貯槽內補充液體，包括頂部進液閥a-2、底部進液閥a-1、殘液排放閥a-7、放空閥a-12和溢流閥a-4。所述殘液排放閥用于排除外部充裝軟管中的雜物；所述頂部進液閥和底部進液閥共同充灌液氮總量的75％，剩余25％液氮由底部進液閥單獨充灌；所述放空閥用于調節進氣壓力，使進氣壓力保持為0.2mpa。具體的液氮充灌方法為：儲罐進液前首先進行吹掃置換，即進氣0.2mpa，保壓3分鐘后排氣，執行上述步驟，直至放空閥a-12有結霜。同時把液位計、儀表接頭打開，進行吹掃。在正式進液前，先開殘液排放閥，排除充裝軟管內的空氣、水分等雜物，待充裝軟管出現結霜時，打開頂部進液閥a-2進液。進液中，如果儲罐壓力與進液槽車過于接近(小于0.2mpa壓差)，可打開放空閥a-12排氣降壓。儲罐壓力穩定后，同時打開底部進液閥a-1，在進液到貯槽3/4時，關閉頂部進液閥a-2閥，同時打開溢流閥a-4，待溢流閥出液時，關閉底部進液閥a-1，打開殘液排放閥a-7，卸除充裝軟管。降溫系統的液氮輸運及噴灑是通過高壓擠推的方式實現的，因此為了節約擠推氣瓶組中高壓氮氣的消耗，在正式運行前需通過儲罐的自增壓系統將罐內壓力增至0.7～0.8mpa。由于液氮輸送主管路較長，為了確保液氮輸送穩定可靠，在管路充滿液氮之前需要將液氮流道適當清洗并預冷到指定溫度，然后再對其填充液氮。通過自增壓系統來提供和維持儲罐壓力以完成主管路的清洗、預冷和填充。自增壓系統位于儲罐的下部，包括增壓輸入閥a-3、調壓閥c-1、汽化器b-1、增壓輸出閥a-11。調壓閥、汽化器、增壓輸出閥連接成回路，增壓輸入閥和增壓輸出閥連接液氮儲罐；從增壓輸出閥輸出的低溫液氮經過汽化器吸熱汽化后，生成的氮氣回到儲罐內使壓力升高。自增壓的具體方法為：打開增壓輸入閥a-3、增壓輸出閥a-11閥，將調壓閥c-1調節螺絲擰緊(c-1閥用來設定貯槽壓力，擰緊調節螺絲，則增加設定壓力，反之降低設定壓力)，增壓管路及汽化器開始結霜，這表明管路中已有低溫液氮通過。吸熱汽化后的氮氣回到儲罐內使壓力升高，增壓結束時，增壓器或管路開始化霜，此時壓力表顯示壓力為c-1閥的設定壓力。如果此壓力不滿足使用要求，繼續上述過程，直至達到預增壓設定值。所述儲罐安全系統位于貯槽左側90°，包括兩個安全閥ya-1a/1b、兩組爆破片fb-1a/1b、外筒防爆裝置fb-2、安全排放選擇閥a-15；其中單個安全閥和一組爆破片串聯，并與另一組串聯的安全閥和爆破片并聯；通過安全排放選擇閥選擇一套串聯的安全閥和爆破片工作，另一套串聯的安全閥和爆破片備用；當儲罐壓力高于安全閥起跳壓力時，安全閥起跳排氣，保證內容器不會因超壓而破壞。另外在儲罐壓力過高時，還可以通過打開a-12閥降低儲罐壓力。所述儲罐供氣系統包括進氣閥a-13、泵進液閥a-18、泵回氣閥a-16；進氣閥用于與外部的汽化器連接，泵進液閥、泵回氣閥分別與低溫泵進液、回氣口連接。所述儀表監測系統位于正面、組合充灌閥的上方，由液位計l1-1、壓力表p1-1及氣相閥a-8、液相閥a-10、平衡閥a-9、氣體檢驗閥a-19組成，通過與儲罐上的液位對照表配合使用，實現儲罐內液氮液位的實時監測。液氮輸送管路預置方法為：清洗管路，并置換掉管路中原有的濕空氣，防止出現水汽凝結，此階段的殘氣不進入風洞，通過專用管道直接排入大氣。具體操作時，開啟液氮供給氣動閥，在保持流道內氣流溫度不太低的情況下以較小的氮氣流量將管道中的濕空氣置換掉。預冷液氮輸送管路，具體操作時，開啟液氮供給氣動閥以較小的液氮流量對管路持續降溫，直到管路中監測點溫度達到預定值后停止。預冷期間需對管路中的壓力進行監測并進入控制系統的安全聯鎖，確保不超壓。填充液氮輸送管路，管路填充過程和管路的預冷過程可以結合進行，具體操作時，開啟液氮供給氣動閥，以較小的液氮流量對管路進行填充，直到管路中最高點出液為止。本實施例中供配氣系統用于解決高壓氮氣制備與存儲、液氮儲罐預增壓、氣控氣與擠推氣壓力、流量控制的問題，為降溫系統形成穩定、可靠的閥門控制氣源與液氮驅動源。在建立供配氣系統之前，需對供配氣系統的氮氣需求量進行計算，從而確定高壓氣瓶組的容積、液氮增壓泵的排量及汽化器的蒸發量。圖1給出了連續式高速風洞不同來流條件下的液氮需求流量。可以看出，在馬赫數小于0.3時，液氮流量都不大于2kg/s，穩定工況下的最大液氮流量需求為16kg/s。擠推氣的流量計算見表1，在最大擠推壓力(3mpa)和最大液氮流量下(16kg/s)擠推氣的最大值質量流量為1kg/s。根據設計擠推壓力、運行時間及預增壓耗氣量，確定氣控氣需要的氣量為0.24m3，儲罐預增壓和擠推氣需要的氣量為3.0m3，高壓氮氣總需求量為3.24m3，工作壓力為16.5mpa。表1擠推氣流量計算結果液氮流量，kg/s0.501.00235.0010.0015.0020.00擠推氣體溫度，k233.00233.00233.00233.00233.00233.00233.00233.00擠推氣壓力，mpa3.003.003.003.003.003.003.003.00擠推氣密度，kg/m343.3543.3543.3543.3543.3543.3543.3543.35體積流量，m3/s0.00060.00120.00250.00370.00620.01240.01860.0248質量流量，kg/s0.030.050.110.160.270.540.801.07如圖3所示，連續式高速風洞液氮降溫供配氣系統由液氮低溫泵9、汽化器8、高壓氣瓶組6、配氣系統18、連接管道19和配套閥門組成，系統通過高壓氮氣制備、存儲及管路壓力調節實現儲罐預增壓、氣動電磁閥驅動及液氮擠推輸運的目的。高壓氮氣制備通過液氮泵和汽化器配合完成。首先由液氮泵將儲罐內的液氮輸送至汽化器，進而液氮在汽化器內蒸發增壓，最后進入高壓氮氣瓶組。其中高壓液氮泵排量為250l/h，出口壓力為15mpa；汽化器蒸發量為200nm3/h(2.5小時以內可將高壓氣瓶組充滿)，工作壓力為15mpa，出口溫度等級：≥5℃。高壓氣瓶組壓力達到目標壓力值(15mpa)后，液氮低溫泵停止運行，氮氣制備工作完成。高壓氣瓶組由27只相同的分層堆疊式布置的高壓氣瓶組成，單只氣瓶的容積為0.12m3，總容積為3.24m3，工作壓力為15mpa。其中氣控氣瓶組1由2只氣瓶構成，容積為0.24m3，用于向多個氣動閥汽缸供氣，以實現閥門的快速啟閉，對應的匯流后的出氣總管通徑為15mm；擠推氣瓶組由25只氣瓶構成，容積為3m3，用于向液氮儲罐預增壓和擠推液氮，對應的出氣總管通徑為25mm。液氮的預增壓、擠推及流量控制通過配氣系統完成。配氣系統的出口分為四路，低壓控制氣口的壓力配置為1mpa，高壓控制氣口的壓力配置為5mpa，預增壓氣口的壓力配置為2mpa，擠推供氣口的壓力配置為2.7mpa。風洞運行前，首先開啟增壓旁路對液氮儲罐進行預增壓，直到儲罐壓力達到1.3～1.4mpa。儲罐預增壓完成后，清洗風洞，啟動軸流壓縮機，使其在較低工況下(較小的靜葉角、較低的轉速)運轉，通過霧化噴嘴以較小的流量噴入液氮，以噴入的液氮蒸發后的氣態氮置換風洞內原有的空氣，當風洞內氣體露點溫度達到-39℃后停止清洗。風洞清洗完成后，降溫系統開始正式運行，調節風洞軸流壓縮機轉速至實驗工況，打開高、低壓控制氣路與液氮擠推氣路，利用液氮儲罐與風洞內的壓差將液氮送入風洞，并通過氣動電磁閥控制液氮噴入流量，實現風洞內氣流溫度與壓力的精確控制。液氮具有超低溫、蒸發快、膨脹系數大的特點，連續式高速風洞是鋼制的密閉容器，液氮噴入過程中極易造成金屬材料凍裂、超壓等問題。因此，液氮噴注是整體降溫系統的關鍵技術，用于將來自主管道的液氮均勻、可控的噴入風洞內部。本實施例中的連續式高速風洞降溫系統的液氮噴注裝置包括集液環、上游液氮噴嘴組、下游液氮噴嘴組。所述液氮噴注裝置安裝在液氮噴注實驗段內；集液環為環形耐低溫不銹鋼管路，內徑與安裝位置處的實驗段洞壁外徑相同，呈環狀安裝于實驗段洞壁，用于接受來自主管道的低溫液氮并將液氮輸送至液氮噴嘴組，如圖4所示。所述上游液氮噴嘴組由16只上游超低溫高壓末端電磁閥、16個上游液氮噴嘴和16條上游支架管路組成，16個上游液氮噴嘴沿實驗段洞壁外側周向均勻分布，通過上游支架管路接受來自集液環的液氮，并在上游超低溫高壓末端電磁閥的控制下將液氮噴入風洞內。16個上游液氮噴嘴由0.5mpa壓差下，其中3個上游液氮噴嘴的流量為0.02kg/s、3個上游液氮噴嘴的流量為0.12kg/s、6個上游液氮噴嘴的流量為0.6kg/s、4個上游液氮噴嘴的流量為0.73kg/s；3個流量為0.02kg/s的上游液氮噴嘴分別安裝于沿逆氣流方向觀察上游噴射截面的0°、135°、225°位置，3個流量為0.12kg/s的上游液氮噴嘴分別安裝于沿逆氣流方向觀察上游噴射截面的45°、180°、315°位置，6個流量為0.6kg/s的上游液氮噴嘴分別安裝于沿逆氣流方向觀察上游噴射截面的67.5°、112.5°、157.5°、247.5°、292.5°、337.5°位置，4個流量為0.73kg/s的上游液氮噴嘴分別安裝于沿逆氣流方向觀察上游噴射截面的22.5°、90°、202.5°、270°位置。所述下游液氮噴嘴組由16只下游超低溫高壓末端電磁閥、16個下游液氮噴嘴和16條下游支架管路組成，16個下游液氮噴嘴沿實驗段洞壁外側周向均勻分布，通過下游支架管路接受來自集液環的液氮，并在下游超低溫高壓末端電磁閥的控制下將液氮噴入風洞內。16個下游液氮噴嘴由0.5mpa壓差下，其中3個下游液氮噴嘴的流量為0.02kg/s、2個下游液氮噴嘴的流量為0.12kg/s、8個下游液氮噴嘴的流量為0.6kg/s、3個下游液氮噴嘴的流量為0.73kg/s；3個流量為0.02kg/s的下游液氮噴嘴分別安裝于沿逆氣流方向觀察下游噴射截面的45°、180°、315°位置，2個流量為0.12kg/s的下游液氮噴嘴分別安裝于沿逆氣流方向觀察下游噴射截面的90°、270°位置，8個流量為0.6kg/s的下游液氮噴嘴分別安裝于沿逆氣流方向觀察下游噴射截面的22.5°、67.5°、112.5°、157.5°、202.5°、247.5°、292.5°、337.5°位置，3個流量為0.73kg/s的下游液氮噴嘴分別安裝于沿逆氣流方向觀察下游噴射截面的0°、135°、225°位置。上游液氮噴嘴組與下游液氮噴嘴組沿風洞氣流軸線平行分布，上游液氮噴嘴組距實驗段上游端面0.61d，下游液氮噴嘴組距實驗段上游端面1.72d，其中d為實驗段上游端面內徑。本實施例中，d＝1800mm，上游液氮噴嘴組距風洞洞壁上游端面1100mm，下游液氮噴嘴組距風洞洞壁上游端面3100mm。支架管路前端通過膨脹節連接于集液環，膨脹節用于調節噴嘴裝置與實驗段洞壁安裝孔的位置；液氮噴嘴前端通過超低溫高壓末端電磁閥連接于支架管路末端，液氮噴嘴末端安裝于實驗段洞壁；超低溫高壓末端電磁閥用于控制液氮噴嘴的開閉，最高工作壓力均為3mpa，可以完成單動或任意組合的組動，從而實現液氮噴注流量的調節。液氮噴注方法為：供配氣控制系準備就緒，風洞調制實驗工況后，液氮噴注裝置開始工作，根據風洞內氣流的溫度和壓力反饋，系統自動調節噴嘴開閉數量及噴嘴前后壓差，實現液氮噴注量的精確控制。表2給出了不同壓差下的液氮噴注量。可以看出，當噴嘴前后壓差大于8bar后，噴注裝置向風洞內噴注的液氮量大于18.0kg/s，達到連續式高速風洞降溫系統的液氮噴注量要求。表2不同壓差下的液氮噴注量常壓降溫運行測試：在噴液氮的常壓試驗時，將風洞排氣閥打開再往風洞里面噴液氮，以確保風洞總壓處于常壓水平。以m＝0.5的常壓降溫試驗為例，圖6給出了其整個降溫試驗過程中的物理參數變化，圖7給出了其穩定段總溫的變化情況。從圖上可知，在本次試驗中：1)穩定段9個總溫測點的平均值達到-20℃，且滿足2)試驗段ma數的平均值達到0.5，馬赫數偏差為|δma|≤0.003，即滿足σma≤0.003；3)穩定段總壓的平均值為1.022bar，其變化幅度滿足4)風洞降溫運行的有效時間超過90s。增壓降溫運行測試：以m＝0.8的增壓降溫試驗為例，圖8給出了其整個降溫試驗過程中的物理參數變化，圖9給出了其穩定段總溫的變化情況，從圖上可知，在本次試驗中：1)穩定段9個總溫測點的平均值達到-20℃，且滿足2)試驗段ma數的平均值達到0.8，馬赫數偏差為|δma|≤0.003，即滿足σma≤0.003；3)穩定段總壓的平均值達到1.7bar，其變化幅度滿足4)風洞降溫運行的有效時間超過90s。重復性試驗結果：以m＝0.5常壓的重復性試驗為例，測試了降溫系統的可靠性。圖10給出了其穩定段總溫的變化情況，圖11給出了其試驗段ma數的變化情況，圖12給出了其穩定段總壓的變化情況，從圖上可知，在本次試驗中：1)穩定段9個總溫測點的平均值達到-20℃，且滿足2)試驗段ma數的平均值達到0.5，馬赫數偏差為|δma|≤0.003，即滿足σma≤0.003；3)穩定段總壓的平均值為1.018bar，其變化幅度滿足4)風洞降溫運行的有效時間超過90s。通過上述運行測試及重復性實驗結果可知，本發明設計的液氮輸運系統得當，液氮噴注精確可控，未出現液氮滴落風洞洞壁的現象；風洞自身流場未受干擾，風洞降溫系統工作穩定，溫度指標和有效運行時間達到設計要求。盡管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下在本發明的范圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。當前第1頁12