流量過大，噴霧腔14內(nèi)積液，使該循環(huán)系統(tǒng)無法正常運(yùn)行。
[0013]蓄冷器的蓄冷過程如下:從發(fā)動(dòng)機(jī)引入的空氣通過引氣口 I進(jìn)入，經(jīng)初級(jí)換熱器2及次級(jí)換熱器4冷卻降溫，再通過水分離器5將凝結(jié)的水滴去除防止在渦輪6中發(fā)生液擊現(xiàn)象，分離后的空氣通過渦輪6膨脹降溫，進(jìn)入蓄冷器7與液態(tài)相變材料換熱使其回到相變?cè)c(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了蓄冷器的蓄冷。為充分利用空氣的殘余冷量，將蓄冷器出口空氣通入次級(jí)換熱器換熱后利用渦輪軸功驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇排出，節(jié)約能源。
[0014]本系統(tǒng)實(shí)施的理論表述如下:
[0015]Q = K1A1 Δ T1.?!= K 2Α2 Δ T2.t2= K 3Α3 Δ T3.t3
[0016]上式中，Q——發(fā)熱元件13總發(fā)熱量，J ;
[0017]K1——發(fā)熱元件13的噴霧冷卻表面的傳熱系數(shù)，W/(m2.°C );
[0018]K2——載冷劑與蓄冷器7換熱的傳熱系數(shù)，W/ (m2.°C );
[0019]K3——渦輪6出口低溫空氣與蓄冷器7換熱的傳熱系數(shù)，ff/ (m2.°C );
[0020]A1--發(fā)熱元件13表面面積，Hl2 ；
[0021]A2一一載冷劑與蓄冷器7換熱的傳熱面積，Hl2 ；
[0022]A3一一渦輪6出口低溫空氣與蓄冷器7換熱的傳熱面積，Hl2 ；
[0023]Δ T1——冷卻噴嘴12出口載冷劑與發(fā)熱元件13表面的傳熱溫差，V ；
[0024]Δ T2——載冷劑與蓄冷器7換熱的傳熱溫差，V ；
[0025]Δ T3——渦輪6出口冷空氣與蓄冷器7換熱的傳熱溫差，V ；
[0026]&一一噴霧冷卻噴射時(shí)間，s ;
[0027]t2一一載冷劑與蓄冷器7換熱的工作時(shí)間，s ;
[0028]t3——渦輪6出口低溫空氣與蓄冷器7換熱的工作時(shí)間，S。
[0029]對(duì)于噴霧冷卻循環(huán)系統(tǒng)，時(shí)間t1= 12，溫差Λ !\與Λ T 2相差有限，發(fā)熱元件表面面積A1—般為cm 2量級(jí)，載冷劑與蓄冷器換熱的傳熱面積A 2可以擴(kuò)展到m 2的量級(jí)，噴霧冷卻的傳熱系數(shù)K1 一般為幾萬，這樣保持等式的平衡，K 2達(dá)到幾十左右即可滿足要求，為噴霧冷卻循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了理論可行性。對(duì)于空氣膨脹制冷循環(huán)系統(tǒng)，由于渦輪出口冷空氣與蓄冷器換熱的傳熱系數(shù)K3較低，獲取較大傳熱溫差的代價(jià)較高，為了減少蓄冷器設(shè)備體積，可以充分利用激光武器發(fā)射之后有較長(zhǎng)時(shí)間間隔的特點(diǎn)，大大減小空氣與相變材料換熱器的功率，從而實(shí)現(xiàn)減少換熱器體積的目的。另外由于相變材料往往具有較大相變潛熱，雖然激光武器發(fā)熱功率大，但是其工作時(shí)間較短，相變材料使用量卻很小。本發(fā)明通過填有相變材料的中間蓄冷器結(jié)構(gòu)大大減少了系統(tǒng)設(shè)備體積，滿足機(jī)載設(shè)備要求。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于空氣膨脹制冷的機(jī)載發(fā)熱元件的冷卻系統(tǒng)；其特征在于:本系統(tǒng)包括高熱流發(fā)熱元件噴霧冷卻循環(huán)子系統(tǒng)和空氣膨脹制冷循環(huán)子系統(tǒng)；還包括連接上述兩個(gè)子系統(tǒng)且內(nèi)填充相變介質(zhì)的蓄冷器(7)； 其中高熱流發(fā)熱元件噴霧冷卻循環(huán)子系統(tǒng)包括:緩沖罐(8)，循環(huán)泵(9)，過濾器(10)，流量調(diào)節(jié)閥(11)噴霧腔(14)，旁通閥(15);噴霧腔(14)內(nèi)包含冷卻噴嘴(12)及發(fā)熱元件(13);噴霧腔(14)出口分成兩路，一路與旁通閥(15)第一端相連，另一路與蓄冷器(7)第一邊入口相連，蓄冷器(7)第一邊出口依次經(jīng)過緩沖罐(8)、循環(huán)泵(9)后與旁通閥(15)第二端并聯(lián)，并聯(lián)后再依次經(jīng)過過濾器(10)、流量調(diào)節(jié)閥(11)后與冷卻噴嘴(12)相連； 其中空氣膨脹制冷循環(huán)子系統(tǒng)包括:初級(jí)換熱器(2)，次級(jí)換熱器(4)，水分離器(5)，渦輪(6)，風(fēng)扇(16);發(fā)動(dòng)機(jī)引氣入口(I)依次經(jīng)過初級(jí)換熱器(2)熱邊、次級(jí)換熱器(4)熱邊、水分離器(5)、渦輪(6)與蓄冷器(7)第二邊入口相連；蓄冷器(7)第二邊出口與次級(jí)換熱器(4)冷邊入口相連，沖壓空氣與初級(jí)換熱器(2)冷邊入口相連，次級(jí)換熱器(4)冷邊出口與初級(jí)換熱器(2)冷邊出口同時(shí)受到到風(fēng)扇(16)的旋轉(zhuǎn)抽吸。
2.利用權(quán)利要求1所述的基于空氣膨脹制冷的機(jī)載發(fā)熱元件的冷卻系統(tǒng)的冷卻方法，其特征在于:噴霧冷卻循環(huán)子系統(tǒng)中噴霧腔(14)出口的高溫載冷劑進(jìn)入蓄冷器(7)與固態(tài)相變材料換熱，吸收相變材料的冷量變成低溫載冷劑并由循環(huán)泵(9)加壓后送入冷卻噴嘴(12)，冷卻噴嘴(12)將其霧化成微小直徑的顆粒強(qiáng)制噴到發(fā)熱元件(13)的表面，吸收發(fā)熱元件的熱量，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)熱元件的快速冷卻，此過程中蓄冷器(7)內(nèi)填充的固態(tài)相變材料因吸收高溫載冷劑的熱量而液化；空氣膨脹制冷循環(huán)子系統(tǒng)中從發(fā)動(dòng)機(jī)引氣的沖壓空氣經(jīng)過初級(jí)換熱器(2)及次級(jí)換熱器(4)預(yù)冷后進(jìn)入渦輪(6)膨脹降溫，從渦輪(6)出口的低溫空氣進(jìn)入蓄冷器(7)與液態(tài)相變材料換熱，吸收相變材料的熱量使其冷凝成固態(tài)。
【專利摘要】一種基于空氣膨脹制冷的機(jī)載發(fā)熱元件的冷卻系統(tǒng)及方法，屬機(jī)載設(shè)備冷卻領(lǐng)域。它包括高熱流發(fā)熱元件噴霧冷卻循環(huán)子系統(tǒng)、空氣膨脹制冷循環(huán)子系統(tǒng)和蓄冷器（7）。其中高熱流發(fā)熱元件噴霧冷卻循環(huán)子系統(tǒng)包括：緩沖罐（8），循環(huán)泵（9），過濾器（10），流量調(diào)節(jié)閥（11）噴霧腔（14），旁通閥（15）。其中空氣膨脹制冷循環(huán)子系統(tǒng)包括：初級(jí)換熱器（2）,次級(jí)換熱器（4），水分離器（5），渦輪（6），風(fēng)扇（16）。該系統(tǒng)能對(duì)高熱流發(fā)熱元件實(shí)現(xiàn)快速散熱，并且通過蓄冷器達(dá)到多次循環(huán)散熱的目的；中間蓄冷器結(jié)構(gòu)，充分利用發(fā)熱元件工作時(shí)間間隔以及相變材料相變潛熱大的特點(diǎn)，大大減少了系統(tǒng)設(shè)備體積，滿足機(jī)載設(shè)備要求。
【IPC分類】H05K7-20
【公開號(hào)】CN104684360
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510072716
【發(fā)明人】蔣彥龍, 周年勇, 孫程斌, 王合旭, 任哲釩
【申請(qǐng)人】南京航空航天大學(xué)
【公開日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2015年2月11日