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一種應用軌道炮軌道循環(huán)冷卻系統(tǒng)和冷卻方法與流程

文檔序號:11996136閱讀:669來源:國知局
一種應用軌道炮軌道循環(huán)冷卻系統(tǒng)和冷卻方法與流程
本發(fā)明涉及一種反應溫度觸發(fā)式冷卻軌道,特別是涉及具體是一種應用軌道炮軌道循環(huán)冷卻系統(tǒng)和冷卻方法,在反應運行的過程中通過反應吸熱使電磁軌道炮的軌道溫度恒定。技術背景目前對于電磁炮的研究中,對于軌道炮軌道的降溫沒有一個很好的解決的方法,已有降溫措施只是利用液體的蒸發(fā)吸熱來達到降溫效果。其主要缺點:(1)電磁軌道炮在使用過程中,產(chǎn)生的熱量非常巨大,蒸發(fā)吸熱不能完全吸收這些熱量;(2)不能一直吸熱使軌道炮的溫度處于穩(wěn)定狀態(tài)。

技術實現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于克服已有的降溫措施存在的缺點,提出一種能持續(xù)穩(wěn)定的吸熱的應用軌道炮軌道循環(huán)冷卻系統(tǒng)和冷卻方法,通過循環(huán)冷卻系統(tǒng)給軌道炮軌道降溫并使之處于穩(wěn)定的狀態(tài)。本發(fā)明目的通過如下技術方案實現(xiàn):一種應用軌道炮軌道循環(huán)冷卻系統(tǒng),主要由第一氣動吸粉泵、軌道炮軌道、氣體分離裝置、Fe2O3再生產(chǎn)裝置和第二氣動吸粉泵組成;第一氣動吸粉泵和第二氣動吸粉泵的出口與軌道炮軌道的噴嘴連接;軌道炮軌道通過管道與氣體分離裝置連接;氣體分離裝置通過管道連接Fe2O3再生產(chǎn)裝置,F(xiàn)e2O3再生產(chǎn)裝置與第二氣動吸粉泵通過管道連接;所述軌道炮軌道主要由反應通道,梯形噴嘴,軌道內(nèi)壁和軌道外壁組成;所述軌道內(nèi)壁和軌道外壁組成空心連通的反應通道;反應通道的直徑為20‐25mm,軌道外壁的厚度為4.5‐5.5mm,在反應通道入口端靠近外壁一側設有梯形噴嘴;反應通道為U形結構。為進一步實現(xiàn)發(fā)明目的,優(yōu)選地,所述軌道炮軌道總長為1.5‐2.5m。優(yōu)選地,所述第一氣動吸粉泵和第二氣動吸粉泵都采用BY粉末氣動隔膜泵。優(yōu)選地,所述氣體分離裝置選用旋風分離器。優(yōu)選地,所述Fe2O3再生成裝置是一個內(nèi)襯為陶瓷材料的填料塔。應用軌道炮軌道循環(huán)冷卻系統(tǒng)的冷卻方法:多孔活性碳粉和納米級的三氧化二鐵微粒分別由第一氣動吸粉泵和第二氣動吸粉泵噴射出來,反應介質多孔活性碳粉和納米級的三氧化二鐵微粒進入梯形噴嘴,反應介質經(jīng)過梯形噴嘴進入反應通道并逐漸的靠近軌道內(nèi)壁,軌道的內(nèi)壁為高溫,當溫度達到臨界溫度500℃時,多孔活性碳粉和納米級的三氧化二鐵微粒開始發(fā)生急劇的吸熱化學反應,生成鐵和二氧化碳并且?guī)ё叽罅康臒崃窟_到使軌道溫度降低的效果;在反應軌道內(nèi)流出的反應殘留物鐵和二氧化碳通入到氣體分離裝置,氣體分離裝置的氣流由上至下做回轉運動,在回轉過程中,鐵粉所受離心力較大而被甩到外圍,沿器壁在向下的氣流和重力的共同作用下向下排除,甩掉鐵粉的二氧化碳氣流由氣體分離裝置中央向上被引出,達到分離鐵粉和二氧化碳;向下被排出的鐵粉經(jīng)過管道通入到入Fe2O3反應再生成裝置,通過氧化反應將鐵粉重新氧化生成反應介質納米級的三氧化二鐵微粒,并循環(huán)通入到Fe2O3噴射粉末系統(tǒng),實現(xiàn)循環(huán)冷卻,軌道炮軌道降溫同時維持軌道溫度在500℃。本發(fā)明在軌道內(nèi)沿著軌道外壁一側開一條U形槽反應通道,反應通道直徑為20‐25mm,并且在軌道到靠近外壁一側安裝梯形噴嘴。反應通道設計成U形是為了增加反應程長,而且增加反應介質的停留時間,反應便可順利完成,可以通過控制流進反應通道內(nèi)的反應介質流速來控制噴嘴噴出壓力,若反應通道內(nèi)介質流速大,則通過噴嘴噴出的冷卻介質壓力便大,其在反應通道的停留時間變短,反應就不徹底;反之反應通道內(nèi)介質流速小,冷卻介質在反應通道便可以徹底反應。反應介質經(jīng)篩選選用尺寸大約60μm的多孔活性碳粉和納米級的三氧化二鐵微粒,孔通道直徑20‐25mm,厚度為4.5‐5.5mm。相對于現(xiàn)有技術,本發(fā)明具有如下優(yōu)點:1)與現(xiàn)有的液氮冷卻、蒸汽氣化吸熱冷卻等方法相比較,本發(fā)明通過化學反應吸熱的吸熱焓達到300KJ/mol左右,能更好的降低軌道溫度,且反應速率非??欤磻俾蔬_到微妙級。2)本發(fā)明通過熔鹽法能夠實現(xiàn)混合工質中氧化鐵的循環(huán)回收利用。3)本發(fā)明在軌道內(nèi)沿著軌道外壁一側開一條U形槽反應通道,反應通道直徑為20‐25mm,厚度為4.5‐5.5mm,該設計可以保障吸熱反應所需空間,以及反應達到劇烈程度時的沸騰空間;4)本發(fā)明能夠保障反應冷卻介質在流道內(nèi)連續(xù)流動,持續(xù)反應;5)本發(fā)明對電磁軌道炮在工作時的電磁場及軌道導電性也不會有實質影響。附圖說明圖1為應用軌道炮軌道循環(huán)冷卻系統(tǒng)的結構示意圖。圖2為圖1中的軌道炮軌道的結構示意圖。圖中示出:第一氣動吸粉泵1、軌道炮軌道2、氣體分離裝置3、Fe2O3再生產(chǎn)裝置4、第二氣動吸粉泵5、軌道外壁21、梯形噴嘴22、反應通道23、軌道內(nèi)壁24。具體實施方式為更好地理解本發(fā)明,下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的說明,但是本發(fā)明的實施方式不限如此。如圖1所示,一種應用軌道炮軌道循環(huán)冷卻系統(tǒng)主要由第一氣動吸粉泵1、軌道炮軌道2、氣體分離裝置3、Fe2O3再生產(chǎn)裝置4和第二氣動吸粉泵5組成;第一氣動吸粉泵1和第二氣動吸粉泵5的出口與軌道炮軌道2的噴嘴連接;軌道炮軌道2通過管道與氣體分離裝置3連接;氣體分離裝置3通過管道連接Fe2O3再生產(chǎn)裝置4,F(xiàn)e2O3再生產(chǎn)裝置4與第二氣動吸粉泵5通過管道連接。如圖2所示,軌道炮軌道2由反應通道23,梯形噴嘴22,軌道內(nèi)壁24,軌道外壁21組成。軌道內(nèi)壁24和軌道外壁21組成空心連通的反應通道23;反應通道23的直徑為20‐25mm,軌道外壁21的厚度為4.5‐5.5mm,在反應通道23入口端靠近外壁一側設有梯形噴嘴22;反應通道23為U形結構;軌道炮軌道總長1.5‐2.5m。反應通道設計成U形是為了增加反應程長,而且增加反應介質的停留時間,反應便可順利完成,可以通過控制流進反應通道內(nèi)的反應介質流速來控制噴嘴噴出壓力,若反應通道內(nèi)介質流速大,則通過噴嘴噴出的冷卻介質壓力便大,其在反應通道的停留時間變短,反應就不徹底;反之反應通道內(nèi)介質流速小,冷卻介質在反應通道便可以徹底反應。軌道炮軌道的高溫熱量來源:固體電樞在軌道炮軌道中超高速滑動時,一方面,樞軌接觸界面流過脈沖大電流,界面接觸電阻產(chǎn)生顯著的焦耳熱;另一方面,電樞側翼在洛倫茲力和預應力的作用下,對樞軌接觸界面產(chǎn)生巨大的法向壓力并產(chǎn)生滑動摩擦熱。在電樞高速發(fā)射過程中產(chǎn)生的熱量相對于其他摩擦生熱具有顯著的特點:一是作用時間短(只有幾微秒);二是滑動速度高(達到每秒千米以上);三是作用界面物理狀態(tài)復雜。如果不對軌道降溫,高溫可能致使軌道局部軟化甚至熔化,因此需要應用軌道炮軌道循環(huán)冷卻系統(tǒng)對軌道進行冷卻降溫,將軌道的溫度維持在700℃以下。第一氣動吸粉泵1和第二氣動吸粉泵5分別用于噴射多孔活性碳粉和Fe2O3粉末,可以使用BY粉末氣動隔膜泵;氣體分離裝置3為旋風分離器,用于分離二氧化碳氣體和鐵;多孔活性碳粉的粒徑選用60‐65μm,F(xiàn)e2O3粉末的粒徑為納米級。Fe2O3再生成裝置4根據(jù)L.R.David等人的專利(EP0307486)“Processforpreparingironoxide”制成一個內(nèi)襯有陶瓷材料的填料塔,以陶瓷作為支撐物。反應時在填料塔內(nèi)裝入鐵屑、鹽和陶瓷球的混合物,預熱填充物料底部至約700℃,通入氯和空氣混合物進行氯化和復合,氯與鐵屑和鹽反應,在陶瓷球支撐物表面形成一層氯化鈉氯化鐵復鹽(如NaFeCl4),氯氣加入量應控制反應區(qū)高度僅為反應物填充層總高度的1/3。通入空氣進行氧化,氧與熔融狀態(tài)的NaFeCl4反應,生成被包裹在鹽層中的片狀氧化鐵晶體,同時放出的氯氣從反應區(qū)上移進而形成新的反應區(qū),重復上述過程直至氯氣從反應器頂部排出,反應即結束,從反應器底部放出填充物,溶解陶瓷上的鹽層,過濾收集合成Fe2O3。軌道炮軌道2的反應通道23直徑為20‐25mm,軌道外壁21的厚度為4.5‐5.5mm有以下幾點優(yōu)點:1)可以保障吸熱反應所需空間,以及反應達到劇烈程度時的沸騰空間;2)能夠保障反應冷卻介質在流道內(nèi)連續(xù)流動,持續(xù)反應;3)軌道強度要求也可以得到滿足;4)電磁軌道炮在工作時的電磁場及軌道導電性也不會有太大影響。在系統(tǒng)運行的過程中,多孔活性碳粉和納米級的三氧化二鐵微粒分別由第一氣動吸粉泵1和第二氣動吸粉泵5以較大的流速噴射出來,進入軌道炮軌道2。此時,反應介質多孔活性碳粉和納米級的三氧化二鐵微粒進入圖2中梯形噴嘴22,反應介質經(jīng)過梯形噴嘴22進入反應通道23并逐漸的靠近軌道內(nèi)壁24,由于軌道內(nèi)越靠近內(nèi)壁24溫度越高而反應介質的溫度也隨之越來越高,當溫度達到臨界溫度500℃時,多孔活性碳粉和納米級的三氧化二鐵微粒開始發(fā)生急劇的吸熱化學反應,并且隨著溫度的升高反應越劇烈,最終生成鐵和二氧化碳并且?guī)ё叽罅康臒崃窟_到使軌道溫度降低的效果。在反應軌道內(nèi)流出的反應殘留物大部分為鐵和二氧化碳,將殘留物通入到圖1中的氣體分離裝置3即旋風分離器,氣流由上至下做回轉運動,在回轉過程中,鐵粉因密度大于二氧化碳,所受離心力較大而被“甩”到外圍,沿器壁在向下的氣流和重力的共同作用下向下排除,而“甩”掉鐵粉的二氧化碳氣流由旋風分離器中央向上被引出,從而達到分離鐵粉和二氧化碳的目的。向下被排出的鐵粉經(jīng)過管道通入到入Fe2O3反應再生成裝置4,通過氧化反應將鐵粉重新氧化生成反應介質中包含的Fe2O3,并循環(huán)通入到Fe2O3噴射粉末系統(tǒng)。通過這個過程,是循環(huán)冷卻系統(tǒng)中的鐵循環(huán)使用,并給軌道炮軌道降溫同時維持軌道溫度在500℃左右。在裝置運行時通過控制氧化鐵和活性炭的通入速率來控制軌道的溫度,該反應的吸熱焓為300KJ/mol,軌道炮軌道在沒有降溫時由于電樞不停的產(chǎn)熱溫度會不斷升高,可以觸發(fā)該反應,而且氧化鐵和活性炭反應速率達到微妙級,因此根據(jù)不同型號軌道炮的產(chǎn)熱速率,通過改變第一氣動吸粉泵1和第二氣動吸粉泵5中氧化鐵和活性炭的通入速率控制反應通道23中氧化鐵和活性炭反應每秒所吸收熱量使之大于軌道炮自身的產(chǎn)熱速率以此來降低軌道的溫度,溫度降低到500℃以下以后反應因達不到觸發(fā)溫度停止進行而電樞持續(xù)產(chǎn)熱會使溫度再次升高到觸發(fā)溫度觸發(fā)反應,使軌道溫度降低,如此周而復始的進行。在使用時,先打開第一氣動吸粉泵1和第二氣動吸粉泵5,噴射多孔活性碳粉和Fe2O3粉末將納米活性炭和氧化鐵通入軌道炮軌道2內(nèi)反應,通過劇烈吸熱反應降低軌道溫度,然后將反應產(chǎn)物經(jīng)過氣體分離裝置3分離,將鐵通入氧化鐵再生成裝置4中通過熔鹽法將鐵再生產(chǎn)為氧化鐵以達到循環(huán)利用的目的。
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