【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及高壓氣流制備，具體涉及一種利用激光輻照導(dǎo)熱產(chǎn)生高速高溫氣流的方法。
技術(shù)介紹
1、高速高溫氣流廣泛應(yīng)用于冶金、制造、加工等行業(yè)，有效保證了上述工藝過程的正常執(zhí)行。例如，在煉鐵過程中，高速高溫氣流可以為高爐預(yù)熱和鼓風(fēng)；在煉鋼過程中，高速高溫氣流可以為轉(zhuǎn)爐和電爐供氧；在材料檢測領(lǐng)域，可以形成高速高溫的射流，模擬某些特殊環(huán)境對樣品材料進(jìn)行檢測。
2、但是目前工業(yè)生產(chǎn)中制備高速高溫氣流的方法主要有以下幾種：
3、1.蓄熱方式：采用蓄熱材料對空氣進(jìn)行加熱，但最高溫度受限于材料，試驗時間受限于蓄熱體體積，且建設(shè)、維護(hù)和使用費較高，經(jīng)濟(jì)性不足，而且由于蓄熱準(zhǔn)備時間長，其試驗間隔較長。
4、2.燃燒和電輔熱方式：燃燒通常是使用熱風(fēng)爐，在燃燒室中燃燒燃料，并經(jīng)高凈化處理成熱風(fēng)，以滿足特定領(lǐng)域的需求；電輔熱采用氣流壓縮機(jī)和電加熱裝置，將氣流壓縮至高壓狀態(tài)，通過加熱裝置對增壓后的氣流進(jìn)行補熱，以生產(chǎn)溫度和壓力滿足條件的高溫高壓氣流后對其進(jìn)行指向性釋放產(chǎn)生高速高溫的氣流。這兩種方式的能源浪費較大，并且由于機(jī)械的耐壓承受力，溫度承受力以及機(jī)械重量或尺寸要求等的局限等，產(chǎn)生的氣流速度并不很高，可利用價值較低。
5、3.激波/活塞壓縮：利用激波或者活塞對氣流進(jìn)行絕熱壓縮，可實現(xiàn)高溫，但可用時間較短，對測試設(shè)備有一定要求，且進(jìn)行推進(jìn)試驗較為困難，對于大型設(shè)備來說充氣準(zhǔn)備時間偏長。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為了解決現(xiàn)有的高速高溫氣流制備方式存在的缺陷，本專利技
2、為了實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用以下技術(shù)方案：
3、本專利技術(shù)提供一種利用激光輻照導(dǎo)熱產(chǎn)生高速高溫氣流的方法，包括以下步驟：
4、將紅外激光器作為能量源，其穿過壓力氣罐罐體上的激光入射窗口輻照至壓力氣罐罐體內(nèi)部的葉輪上，葉輪被激光輻照加熱并產(chǎn)生熱量；
5、壓力氣罐罐體沿軸向方向的兩端分別形成有直徑逐漸縮小的呈錐形的氣流進(jìn)口端和氣流出口端，外部氣流由錐形的氣流進(jìn)口端進(jìn)入至壓力氣罐罐體內(nèi)部，氣流流速降低，氣流經(jīng)過被激光輻照加熱的葉輪時被加熱升溫、增壓，最后通過錐形的氣流出口端，使得高溫氣流增速，得到高速高溫氣流。
6、采用上述技術(shù)方案：
7、本專利技術(shù)中將紅外納秒連續(xù)激光器作為能量輸入源，其透過壓力氣罐上的激光入射窗口持續(xù)輻照至壓力罐體內(nèi)部的葉輪，使葉輪產(chǎn)生高溫，同時外部氣流（可以是經(jīng)過加熱的低溫氣流，也可以是未經(jīng)加熱的室溫氣流）通過錐形的氣流進(jìn)口端進(jìn)入至壓力氣罐內(nèi)部時，隨著管徑逐漸增加，氣流流速降低，降低流速的氣流與葉輪充分進(jìn)行熱交換，氣流被升溫增壓，升溫增壓后的氣流經(jīng)錐形的氣流出口端流出時，隨著管徑縮小，流速增加，流體的動能增加，獲得了高速高溫的氣流。
8、進(jìn)一步地，葉輪包括環(huán)狀鎢錸合金板和銅板，環(huán)狀鎢錸合金板同軸安裝至壓力氣罐罐體內(nèi)部，環(huán)狀鎢錸合金板內(nèi)部沿軸向方向并排安裝多個銅片，銅片表面形成有多個供氣流穿過的通孔，紅外激光器產(chǎn)生的激光穿過壓力氣罐罐體上的激光入射窗口輻照至環(huán)狀鎢錸合金板上，環(huán)狀鎢錸合金板產(chǎn)生熱量，并通過環(huán)狀鎢錸合金板內(nèi)部的多個銅片將熱量傳導(dǎo)至壓力氣罐罐體內(nèi)部。
9、為了將激光輻照至葉輪產(chǎn)生的熱能快速均勻向壓力氣罐罐體內(nèi)部或周圍傳導(dǎo)，以保證對進(jìn)入的氣流快速均勻的加熱，對葉輪的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，采用環(huán)狀鎢錸合金板和銅板配合的結(jié)構(gòu)，環(huán)狀鎢錸合金板為鎢錸合金材質(zhì)的環(huán)狀板結(jié)構(gòu)，鎢錸合金具有高熔點、高導(dǎo)熱性、高強(qiáng)度和塑性、較少的裂紋和孔洞、良好的抗輻照性能和抗斷裂性能，環(huán)狀鎢錸合金板同軸安裝至壓力氣罐罐體內(nèi)部，其作為激光輻照的接受體，使用壽命長，導(dǎo)熱性能好，在激光的輻照下瞬間產(chǎn)生高溫，通過環(huán)狀鎢錸合金板內(nèi)部的銅板將熱量快速傳導(dǎo)、分散至壓力氣罐罐體內(nèi)部，使通過壓力氣罐的氣流被持續(xù)均勻的加熱，同時罐體內(nèi)的壓力也會隨罐體內(nèi)的溫度升高而增加，另一方面，銅板將環(huán)狀鎢錸合金板上瞬間產(chǎn)生的熱量快速導(dǎo)出，減少局部過熱和熱應(yīng)力的影響，保護(hù)環(huán)狀鎢錸合金板。
10、進(jìn)一步地，壓力氣罐罐體上沿圓周方向開設(shè)有至少一個激光入射窗口，激光入射窗口的長度方向與壓力氣罐罐體的軸向方向一致，且每個激光入射窗口處對應(yīng)配置一個紅外激光器。
11、為了將壓力氣罐罐體內(nèi)溫度快速升高，可設(shè)置多個紅外激光器，并在壓力氣罐罐體上對應(yīng)開設(shè)多個激光入射窗口，多個紅外激光器通過對應(yīng)的激光入射窗口同時輻照在葉輪上不同位置，在激光的輻照下葉輪快速產(chǎn)生高溫。
12、在具體應(yīng)用時，可根據(jù)實際情況具體選擇設(shè)置的紅外激光器的數(shù)量以及在壓力氣罐罐體上開設(shè)的激光入射窗口的數(shù)量。
13、進(jìn)一步地，紅外激光器通過光纖將激光傳輸至勻速往返運動的激光頭上，激光頭的運動方向與激光入射窗口的長度方向一致，激光頭進(jìn)行勻速往返運動過程中，其產(chǎn)生的激光作用至環(huán)狀鎢錸合金板表面。
14、進(jìn)一步優(yōu)選地，環(huán)狀鎢錸合金板和銅板以壓力氣罐罐體的中心軸線為軸線進(jìn)行勻速旋轉(zhuǎn)，激光頭產(chǎn)生的激光均勻作用至環(huán)狀鎢錸合金板表面，環(huán)狀鎢錸合金板均勻受熱。
15、為了使壓力氣罐罐體內(nèi)溫度更加均勻并避免激光長時間輻照葉輪上同一位置而產(chǎn)生損傷，當(dāng)將紅外納秒連續(xù)激光器的激光輻照在環(huán)狀鎢錸合金板時，通過轉(zhuǎn)動軸和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動組件配合或其他方式，其帶動環(huán)狀鎢錸合金板和銅板以壓力氣罐罐體的中心軸線為軸線進(jìn)行勻速旋轉(zhuǎn)，同時通過線性驅(qū)動模組帶動激光頭激光入射窗口的長度方向進(jìn)行往返運動，使得激光均勻的輻照在環(huán)狀鎢錸合金板上不同位置，環(huán)狀鎢錸合金板受熱更均勻。
16、進(jìn)一步地，壓力氣罐罐體上沿圓周方向開設(shè)有兩個正對設(shè)置的激光入射窗口。
17、在具體應(yīng)用時，可根據(jù)實際情況具體選擇設(shè)置的紅外激光器的數(shù)量以及在壓力氣罐罐體上開設(shè)的激光入射窗口的數(shù)量。綜合考慮設(shè)備成本和對壓力氣罐罐體內(nèi)部加熱的速度等因素，優(yōu)選在壓力氣罐罐體開設(shè)有兩個正對設(shè)置的激光入射窗口。
18、進(jìn)一步地，氣流出口端內(nèi)側(cè)壁上安裝有溫度傳感器，壓力氣罐罐體內(nèi)側(cè)壁上安裝有風(fēng)速傳感器。
19、在具體應(yīng)用時，通過溫度傳感器和風(fēng)速傳感器實時檢測經(jīng)加熱后的氣流的溫度和風(fēng)速，并實現(xiàn)閉環(huán)控制，根據(jù)實時檢測到加熱后氣流的溫度和風(fēng)速，對應(yīng)調(diào)控紅外激光器的功率、激光頭的線性移動速度、環(huán)狀鎢錸合金板和銅板的轉(zhuǎn)動速度、氣流的進(jìn)入流速等，以達(dá)到精準(zhǔn)控制加熱后氣流的溫度和風(fēng)速至預(yù)設(shè)值的目的。
20、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有如下有益效果：
21、本專利技術(shù)提供了一種激光表面輻照產(chǎn)生高速高溫氣流的方法，工作時無污染、占地空間小、能耗相對較小、不需要長時間的前期準(zhǔn)備工作，可以快速產(chǎn)生高溫高速的氣流，解決了傳統(tǒng)高速高溫氣流制備方式的缺點，而且本專利技術(shù)中方法操作簡單通過簡易培訓(xùn)即可操作，適用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用。具體原理如下：本專利技術(shù)中將紅外納秒連續(xù)激光器作為能量輸入源，其透過壓力氣罐上的本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
1.一種利用激光輻照導(dǎo)熱產(chǎn)生高速高溫氣流的方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用激光輻照導(dǎo)熱產(chǎn)生高速高溫氣流的方法，其特征在于，葉輪包括環(huán)狀鎢錸合金板和銅板，環(huán)狀鎢錸合金板同軸安裝至壓力氣罐罐體內(nèi)部，環(huán)狀鎢錸合金板內(nèi)部沿軸向方向并排安裝多個銅片，銅片表面形成有多個供氣流穿過的通孔，紅外激光器產(chǎn)生的激光穿過壓力氣罐罐體上的激光入射窗口輻照至環(huán)狀鎢錸合金板，環(huán)狀鎢錸合金板產(chǎn)生熱量，并通過環(huán)狀鎢錸合金板內(nèi)部安裝的多個銅片將熱量傳導(dǎo)至壓力氣罐罐體內(nèi)部。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用激光輻照導(dǎo)熱產(chǎn)生高速高溫氣流的方法，其特征在于，壓力氣罐罐體上沿圓周方向開設(shè)有至少一個激光入射窗口，激光入射窗口的長度方向與壓力氣罐罐體的軸向方向一致，且每個激光入射窗口處對應(yīng)配置一個紅外激光器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用激光輻照導(dǎo)熱產(chǎn)生高速高溫氣流的方法，其特征在于，紅外激光器通過光纖將激光傳輸至勻速往返運動的激光頭上，激光頭的運動方向與激光入射窗口的長度方向一致，激光頭進(jìn)行勻速往返運動過程中，其產(chǎn)生的激光作用至環(huán)狀鎢錸合金板表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的利用激光輻照導(dǎo)熱產(chǎn)生高速高溫氣流的方法，其特征在于，壓力氣罐罐體上沿圓周方向開設(shè)有兩個正對設(shè)置的激光入射窗口。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用激光輻照導(dǎo)熱產(chǎn)生高速高溫氣流的方法，其特征在于，氣流出口端內(nèi)側(cè)壁上安裝有溫度傳感器，壓力氣罐罐體內(nèi)側(cè)壁上安裝有風(fēng)速傳感器。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種利用激光輻照導(dǎo)熱產(chǎn)生高速高溫氣流的方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用激光輻照導(dǎo)熱產(chǎn)生高速高溫氣流的方法，其特征在于，葉輪包括環(huán)狀鎢錸合金板和銅板，環(huán)狀鎢錸合金板同軸安裝至壓力氣罐罐體內(nèi)部，環(huán)狀鎢錸合金板內(nèi)部沿軸向方向并排安裝多個銅片，銅片表面形成有多個供氣流穿過的通孔，紅外激光器產(chǎn)生的激光穿過壓力氣罐罐體上的激光入射窗口輻照至環(huán)狀鎢錸合金板，環(huán)狀鎢錸合金板產(chǎn)生熱量，并通過環(huán)狀鎢錸合金板內(nèi)部安裝的多個銅片將熱量傳導(dǎo)至壓力氣罐罐體內(nèi)部。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用激光輻照導(dǎo)熱產(chǎn)生高速高溫氣流的方法，其特征在于，壓力氣罐罐體上沿圓周方向開設(shè)有至少一個激光入射窗口，激光入射窗口的長度方向與壓力氣罐罐體的軸向方向一致，且每個激光入射窗口處對應(yīng)配置一個紅外激光器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：曹宇，鄭鵬程，劉文文，吳讓大，馬玉策，李斌，李瑞彥，朱小偉，
申請(專利權(quán))人：浙江摩克激光智能裝備有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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