專利名稱：一種氣體的超音速加熱裝置及加熱方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種氣動式氣體加熱裝置及加熱方法，特別涉及一種氣體的 超音速加熱裝置及超音速加熱方法。
背景技術：
高溫氣體廣泛應用于冶金煉鋼行業(yè)等工業(yè)現(xiàn)場。常規(guī)氣體加熱(如燃氣、 電熱等)都是利用熱傳導、對流、熱輻射將熱量首先傳遞給發(fā)熱體表面附近的 氣體，再通過對流換熱逐步使氣體整體溫度升高。要使氣體整體達到所需的 溫度，需要一定的傳熱時間。用溫差加熱方式加熱時，為提高加熱速度，就 需升高外部溫度，加大溫差梯度，從而也增大了熱損失。
而內(nèi)通道高速氣體氣動加熱方法是把高速壓縮空氣的一部分動能和壓能 直接轉(zhuǎn)化為其內(nèi)能(熱能)，故可在短時間內(nèi)達到均勻加熱。而且，壓縮氣 體被譽為"人類第二大能源"，可見該加熱方法有廣泛利用的基礎。但目前 并未有這方面的相關報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種結構簡單、制造成本低、加熱均勻而且升溫迅 速的氣動式氣體加熱裝置以及加熱方法。
為達到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術方案予以實現(xiàn)的
一種氣體的超音速加熱裝置，包括由兩段直管相互密封連接的管道，管 道內(nèi)壁設置有隔熱層，所述兩段直管連接處設置有支撐構件聯(lián)接一個置于管 道內(nèi)截面中心位置的噴管，該噴管與管道絕緣層之間形成一個正方向漸擴的 環(huán)形通道；該噴管內(nèi)設置有先縮后擴的變截面氣流通道。
一種氣體的超音速加熱方法，包括下述步驟(1) 首先在兩段直管內(nèi)壁設置隔熱層，然后用一個支撐構件聯(lián)接一個噴 管，將支撐構件置于兩段直管相向的端面之間，再將兩段直管的相向端面密 封連接成管道，并通過支撐構件使噴管固定于管道內(nèi)截面中心位置，噴管與 管道絕緣層之間形成一個漸擴的環(huán)形通道；噴管內(nèi)設置有先縮后擴的變截面 氣流通道；
(2) 將高速壓縮氣體由管道入口端以亞音速送入，當高速氣流通過噴管 時被分成兩股，中間一股進入噴管內(nèi)先縮后擴的變截面氣流通道，被加速至 超音速；周圍一股則進入噴管與隔熱層之間的漸擴環(huán)形管道內(nèi)被減速，使兩 股氣流在噴管末端匯合面上產(chǎn)生速度差，發(fā)生劇烈摩擦和擾動而被加熱，被 加熱氣體從管道的出口端流出。
上述方案中，所述噴管內(nèi)先縮后擴的變截面氣流通道可采用錐形變截面 氣流通道，最窄處和支撐構件處于管道內(nèi)同一截面上。
本發(fā)明氣體的超音速加熱裝置及加熱方法，具有以下優(yōu)點加熱速度快； 加熱均勻；節(jié)能高效；清潔衛(wèi)生；尤其對氫氣、甲烷等易燃易爆的氣體的加 熱，由于加熱裝置中沒有明火，因此安全環(huán)保。另外本裝置結構簡單、耐用、 不易損壞，在需要高溫氣體的工業(yè)現(xiàn)場可以得到廣泛應用。


圖1是本發(fā)明裝置的結構示意圖。圖中l(wèi)-連接法蘭；2-連接螺栓；3-密封墊圈；4-支撐構件；5-噴管；6管道；7-隔熱層；8-變截面氣流通道；9-漸擴環(huán)形通道。
圖2是圖1的A-A向剖視圖。
具體實施例方式
以下結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述
如圖1、圖2所示， 一種氣體的超音速加熱裝置，包括由兩段直管相互 密封連接的管道6，管道內(nèi)壁設置有隔熱層7，兩段直管連接處設置有支撐構 件4聯(lián)接一個置于管道6內(nèi)截面中心位置的噴管5，該噴管與管道絕緣層7之間形成一個漸擴的環(huán)形通道9;該噴管5內(nèi)設置有變截面氣流通道8，該變
截面氣流通道8為一個先縮后擴的錐形變截面氣流通道；其最窄處和支撐構 件4處于管道6內(nèi)的同一截面上(圖2)。兩段直管的密封連接處采用連接法 蘭l，連接螺栓2和密封墊圈3。支撐構件4的結構為一個具有徑向四等分間 隔筋的法蘭，管道7可采用鋼管。
高速壓縮氣體以亞音速v由左端(入口端)進入管道6，氣流被分成2 股，中間一股進入噴管5的變截面氣流通道8;而邊緣的一股則進入噴管5 與隔熱層7之間的漸擴環(huán)形通道9內(nèi)，前者被加速至超音速，而后者被減速， 如此氣流便在匯合面B上產(chǎn)生劇烈剪切摩擦和擾動，從而將氣體的較大一部 分壓能和動能直接轉(zhuǎn)化為氣體的內(nèi)能(熱能)，實現(xiàn)加熱氣體的目的；采用本 實施例的裝置，氣體加熱的溫度可達25攝氏度。
權利要求
1. 一種氣體的超音速加熱裝置，其特征在于，包括由兩段直管相互密封連接的管道，管道內(nèi)壁設置有隔熱層，所述兩段直管連接處設置有支撐構件聯(lián)接一個置于管道內(nèi)截面中心位置的噴管，該噴管與管道絕緣層之間形成一個正方向漸擴的環(huán)形通道；該噴管內(nèi)設置有先縮后擴的變截面氣流通道。
2. 如權利要求1所述氣體的超音速加熱裝置，其特征在于，所述噴管 內(nèi)先縮后擴的變截面氣流通道為錐形變截面氣流通道，最窄處和支撐構件處 于管道內(nèi)同一截面上。
3. —種氣體的超音速加熱方法，其特征在于，包括下述步驟(1) 首先在兩段直管內(nèi)壁設置隔熱層，然后用一個支撐構件聯(lián)接一個噴 管，將支撐構件置于兩段直管相向的端面之間，再將兩段直管的相向端面密 封連接成管道，并通過支撐構件使噴管固定于管道內(nèi)截面中心位置，噴管與 管道絕緣層之間形成一個漸擴的環(huán)形通道；噴管內(nèi)設置有先縮后擴的變截面 氣流通道；(2) 將高速壓縮氣體由管道入口端以亞音速送入，當高速氣流通過噴管 時被分成兩股，中間一股進入噴管內(nèi)先縮后擴的變截面氣流通道，被加速至 超音速；周圍一股則迸入噴管與隔熱層之間的漸擴環(huán)形管道內(nèi)被減速，使兩 股氣流在噴管末端匯合面上產(chǎn)生速度差，發(fā)生劇烈摩擦和擾動而被加熱，被 加熱氣體從管道的出口端流出。
4. 如權利要求3所述氣體的超音速加熱方法，其特征在于，所述噴管內(nèi) 先縮后擴的變截面氣流通道采用錐形變截面氣流通道，最窄處和支撐構件處 于管道內(nèi)同一截面上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氣體的超音速加熱裝置及加熱方法，加熱裝置包括由兩段直管相互密封連接的管道，管道內(nèi)壁設置有隔熱層，兩段直管連接處設置有支撐構件聯(lián)接一個置于管道內(nèi)截面中心位置的噴管，該噴管與管道絕緣層之間形成一個正方向漸擴的環(huán)形通道；噴管內(nèi)設置有先縮后擴的變截面氣流通道。高速壓縮氣體由管道入口端以亞音速送入，通過噴管時被分成兩股，中間一股進入噴管的變截面氣流通道加速至超音速，周圍一股則進入漸擴環(huán)形通道內(nèi)，兩股氣流在噴管末端匯合面上產(chǎn)生速度差，發(fā)生劇烈剪切摩擦和擾動而被加熱，被加熱氣體從管道的出口端流出。本發(fā)明具有結構簡單、制造成本低、加熱均勻且升溫迅速、節(jié)能高效、清潔衛(wèi)生、安全環(huán)保等優(yōu)點。
文檔編號F24J3/00GK101280973SQ20081001801
公開日2008年10月8日 申請日期2008年4月21日 優(yōu)先權日2008年4月21日
發(fā)明者孟祥兆, 朱曉軍, 牛力軍, 王新軍, 章利特, 高鐵瑜, 龔建英 申請人:西安交通大學