大型液氧储罐停放过程中热分层特征分析

数值模拟了大型液氧贮箱停放阶段液氧与气枕区的热分层特征,根据模拟结果分析了液氧贮箱热分层厚度演化规律。结果表明:液氧的温度分层厚度随时间增长先增加后保持不变。外界环境温度的变化会在一定程度上影响着贮箱侧壁处的温度分布,但是对于其温度分层厚度并没有显著的影响。气枕区热分层现象比液氧区更加明显。     

不同工质下热力学排气系统的压力控制及运行特性

以低温贮箱压力控制为目标,建立了热力学排气系统(TVS)和贮箱内流体流动及气液相变过程的数学模型。以18.09m~3低温贮箱在地面工况充注率75%、漏热量0.76W/m~2为例,计算了不同贮存工质(液氢、液氮、液氧)下贮箱自增压过程及开启TVS后对贮箱压力控制的效果。结果表明,相同漏热率下液氢贮箱的气枕升压速率远大于相同充注率下的液氮和液氧贮箱升压速率;TVS运行后三种工质贮箱压力均可有效地控制在165.5~172.4kPa范围内。对比了不同工质热力学排气系统的运行周期、运行时间及排气量等关键参数,同时还分析了贮箱内液体的温度变化规律。     

过热低温液体停放过程热分层特征分析

针对初始过热充注的液氧储箱内温度分层现象,通过数值模拟对储箱在停放过程中低温工质温度场的变化特征进行研究,同时分析了初始过热度以及漏热形式对温度发展规律的影响。研究表明:常压停放过程中,受到液体初始过热度的影响,储箱内液氧温度呈现从汽液界面至底部逐渐升高的趋势,与实验结果相一致;液体初始过热度越大,相界面蒸发速率越快,同一时刻对应气枕区的温度越低;增加气枕区绝热性能相对于底端绝热更有助于储箱内状态尽快稳定。     

氧箱冷氦气瓶加注和增压系统仿真计算及分析

冷氦增压系统是低温液体推进系统的关键技术之一。利用仿真软件Sinda/Fluint,对氧箱冷氦增压系统的冷氦气瓶加注过程和系统增压过程进行了基于集总参数法的建模与计算分析。首先,对冷氦气瓶加注过程给出了最优加注流量,并分析了气瓶内温度压力达到稳定所需的时间、冷氦气瓶充气过程瓶内最高温度以及气瓶与周围液氧的传热;其次,针对冷氦增压系统,详细研究了两种气瓶布局条件下,贮箱增压过程中冷氦气瓶温度、压力随时间的变化,以及氧箱内气枕与液氧的温度、压力变化情况;最后,还对增压过程中的氦气流量、传热特性进行了研究。     

16万方LNG储罐预冷数值模拟研究

LNG储罐预冷是储罐预投产中最重要的的一个环节。目前研究中,预冷介质多通过单入口进入储罐,而在实际预冷过程中预冷介质多通过喷淋环进入储罐。为更全面地分析LNG储罐预冷过程,建立16×10~4m~3 LNG储罐预冷介质多入口三维预冷模型,通过FLUENT软件对LNG储罐喷淋预冷过程进行数值模拟,研究罐内物理场变化规律,结果表明:储罐预冷过程分为高温恒定阶段、快速温降阶段及后期缓慢温降阶段。预冷过程中,温度场与罐内流场相互影响,罐壁下部温度总是低于上部温度,罐内下部压力高于上部压力,压力梯度明显。储罐的左右两边均形成了涡流,罐底中心区域出现二次回流,减慢温降速度。     

液氧储箱停放阶段蒸发率研究

针对低温液氧充注完成后储箱短期处于过热状态,采用三维模型数值模拟了在地面常压和闭口停放时段里储箱内蒸发速率和温度分层变化特征,对253K、273K、313K三种环境温度对液氧蒸发速率和温度分布的影响规律进行了分析。根据模拟结果可知,受到初始过热度的影响,开口停放结束后三种环境工况下储箱温度最低位置均出现在相界面处,253K、273K、313K环境温度下液氧平均消耗率分别为0.99%/h、1.03%/h、1.28%/h;当排气阀关闭后,三种环境工况下,储箱内液氧温度分布呈现从相界面至储箱底部不断降低趋势,环境温度越高,温度分层越明显;253K、273K、313K工况下相界面液氧蒸发速率在闭口停放后期分别为0.014g/s、0.039g/s、0.058g/s。     

低温液氧箱体自由界面晃动动态响应

采用计算流体力学(CFD)技术数值研究低温液氧贮箱在外部晃动激励下箱内气液界面动态响应。计算中详细考虑了外部漏热以及气液相间相变对箱体热力耦合过程的影响,通过用户自定义程序将外部正弦激励加载到低温贮箱壁面作为动量边界,采用流体体积(VOF)方法精确捕捉晃动过程气液界面波动变化。通过与相关晃动实验结果对比,验证了本文所构建数值模型的有效性。基于所构建数值模型,对流体晃动进行数值模拟,获得了外部正弦激励下,箱体内部气液相分布以及界面形状变化;通过设置动态监测点,分析了气液界面晃动动态响应。结果表明,流体晃动对低温贮箱内部气液界面动态响应具有较大影响。为抑制流体大幅波动,需采取合适的防晃措施。     

火箭低温液体推进剂增压系统数学模型

针对火箭低温液体推进剂增压系统建立了数学模型,目的是为获得满足工程精度要求的飞行期间贮箱内气相空间的压力、温度以及贮箱壁壁温的变化规律.数学模型被证明有较好的计算精度,且模型能适应不同种类的增压气体,甚至混合型增压气体,能适应加注后停放期间和飞行期间的计算.     

低温液氮贮箱静置增压及放气特性分析

由于外部漏热的影响,静置时低温贮箱内的气枕压力会逐渐升高,压力升高相应地会改变贮箱内气相空间的温度分布。文中对低温液氮贮箱进行了静置增压过程实验,结果表明:增压所耗时间随气枕压力升高而增大,气相空间垂直方向各温度在实验压力范围内也相应升高;低温贮箱在不同的气枕压力下进行了放气过程实验,并对泄压过程中气体流量随气枕压力的变化进行了分析。     

液氧煤油发动机预冷系统回流管绝热影响分析

低温液体火箭发动机循环预冷受多因素影响,针对液氧煤油发动机自然循环系统回流管绝热条件对预冷效果的影响进行理论分析和试验研究,得到了有意义的数据和结论,对后续型号自然循环预冷系统设计提供了依据.     

直接供液与重力供液制冷系统的对比研究

重力再循环供液是指蒸发器依靠制冷剂自身的重力送入蒸发器,在供液高度大于蒸发器对制冷剂的阻力情况下,部分制冷剂液体在蒸发器和气液分离器所形成的回路中再循环。由于再循环作用不需要外加动力,并强化管内制冷剂的沸腾换热,蒸发器的效率得以明显提高。文中介绍了重力再循环供液制冷系统和蒸发器的结构,提出采用J.Chawla关系式和Shah关联式相结合的方法预测再循环蒸发器制冷剂侧的换热系数。采用空气侧热平衡法,对直接膨胀供液和重力再循环供液制冷系统分别进行了多蒸发温度下的性能测试。表明重力再循环供液制冷系统比直接膨胀供液制冷系统的制冷量平均增加26%,COP平均增加18%,蒸发温度平均升高1.1℃,传热系数是直接供液的1.57倍。J.Chawla关系式和Shah关联式相结合预测再循环蒸发器制冷剂侧的换热系数,其曲线结构与实验值近似,平均误差不大于20.6%。文章还对各热工参数的变化原因进行了分析。     

Transient thermal analysis of a cryogenic oxidizer tank in the liquid rocket propulsion system during the prelaunch helium gas pressurization

The transient thermal behavior in the cryogenic oxidizer tank for the liquid propulsion system of the KSLV-I satellite launching space vehicle is theoretically investigated for the pressurization process by gaseous helium injection followed by the readiness check stage. The numerical model is established using the transient mass and energy conservation of oxygen/helium mixtures both in ullage and liquid regions. At the liquid-gas interface, various modes of heat and mass transfer are considered, including the liquid evaporation and the helium absorption. The present study focuses on the effects of the increasing pressurization level on some of important properties that should be considered in the propulsion system design, such as tank pressure, ullage gas temperature, and evaporation of liquid oxygen. Particularly, the tank pressure drop after the pressurization is investigated in the proposed design of propulsion system. Also, the effect of the initial loading of liquid oxygen in the oxidizer tank is studied and discussed. As for the helium absorption into the liquid region, its mass is negligibly small and it should not be the concern in design and operation of the oxidizer tank system.     

小型平板CPL蒸发器耦合计算及优化设计研究

本文建立了小型平板CPL蒸发器毛细多孔芯内汽液两相流动与传热的模型以及金属外壁和工质区的导热模型,并进行耦合求解.分析了金属侧壁效应对蒸发器性能的影响,提出小型平板CPL存在着侧壁效应传热极限.数值结果表明,工质蒸发发生在多孔芯加热表面附近,蒸发器采用单一金属外壁时由于侧壁效应导致系统传热极限低,而上壁采用导热系数大,侧壁及下壁采用导热系数小的新型结构能够明显的提高系统的传热能力,同时使加热表面的温度维持在较低的水平.     

Etude expérimentale du fonctionnement au sol d'une boucle diphasique à ammoniac en vue d'une régulation thermique en milieu spatial

Experimental terrestrial study of an ammonia two-phase loop for thermal control in spatial environment. This paper presents the terrestrial test results of a mechanically pumped two-phase fluid loop, using ammonia as the working fluid. The 600 W experimental set-up (main components, instrumentation) is described. The two-phase flow patterns observed are compared with several flow regime maps. The experimental results are in good agreement with the predictions of Taitel and Dukler. The condensation lengths and the mean heat transfer coefficients of the condenser are given. The friction pressure gradients of adiabatic two-phase flow increases with mass flow rate and quality. The wall temperatures and heat transfer coefficients of the evaporator show the influence of the liquid distribution on the heat transfer : it is better at the top than at the bottom of the tube and at the ends than in the center part of the evaporator. The best evaporation coefficients are obtained with high mass flow rates and low qualities. The results obtained show the good operation of the system.     

液滴撞击加热壁面传热实验研究

本文采用高速摄像仪对水滴和乙醇液滴撞击加热壁面后的蒸发过程进行了实验观测, 分析了液滴撞击加热壁面后的蒸发特性参数. 实验中, 两种液体初始温度均为20 ℃, 不锈钢壁面初始温度范围为68-126℃. 水滴初始直径为2.07 mm, 撞击壁面时Weber 数为2-44; 乙醇液滴初始直径为1.64 mm, Weber数为3-88. 结果表明, 液滴受到重力、表面张力及流动性的影响, 在蒸发过程的大部分时间内, 水滴高度持续降低而接触直径几乎不变; 蒸发后期, 液滴发生回缩, 水滴的接触直径、高度和接触角出现振荡现象. 乙醇液滴的接触角随时间的增加呈现先减小随后保持不变的趋势, 而接触直径和高度则持续减小, 直到液滴完全蒸发. 液滴蒸发总时长与液体物性和壁面温度有关, 随壁面温度的升高而减小, 与液滴撞击壁面时的Weber 数无关. 同时, 随着壁面温度的升高, 液滴显热部分占总换热量的比重增大, 显热部分能量不可忽略, 本文实验条件下得到水滴的平均热流密度为0.014-0.110 W·mm^-2.     

增压输送过程中卧式贮罐液氢温度分层研究

分析了大型卧式液氢贮罐增压输出过程中低温介质传热数学模型,揭示了贮罐内液氢温度分布规律,说明了液氢温度分层形成的原因及过程,给出了输出液氢品质保障方法。研究表明:大型卧式液氢贮罐输出过程中液氢温度分布可用修正后的半无限大平板非稳态导热方程描述;在增压压力一定情况下,热液层厚度随着输送时间的增加而增大,且热液层厚度及其温度分布受卧式贮罐截面形状影响;液氢贮罐输出品质与贮罐内热液层厚度密切相关,可通过计算热液层厚度从而确定贮罐留底余量的方法,保证贮罐输出品质。     

微结构表面封闭式喷雾冷却传热特性

以蒸馏水为工质,在闭式循环喷雾冷却系统上,变化喷雾流量,研究了表面几何结构对喷雾传热性能的影响。从对流换热和相变换热比例关系的角度,对喷雾换热机理进行了实验研究。结果表明:与光滑表面相比,微结构表面可明显增强喷雾换热强度,这主要归因于相变换热的增强。表面温度较低时,直肋面换热效果最好 ;增大流量,光面换热增强,而直肋面变化不明显。表面温度较高时,方肋面换热效果最好;随着流量增大,所有面换热均增强。对于微结构表面,相变换热份额均大于50%,故而以相变换热为主;而光滑表面,即使在温度较低时,相变换热份额也大于20%。临界热流密度与三相接触线长度正相关,流量为15.9 mL/min时,方肋面、直肋面和光面的临界热流密度依次为159.1,120.2,109.8 W/cm2,蒸发效率分别为96.0%,72.5%,67.1%。     

低温容器夹层真空度对内罐压升率的影响研究

针对低温容器夹层真空失效工况,建立了低温容器夹层真空度与通过内罐壁面热流密度的理论模型,结合ANSYS-FLUENT软件对某立式低温容器内的液氮蒸发过程进行了仿真模拟,研究了初始充满率为50%时,低温容器内罐空间温度及压力随夹层真空度变化的规律。结果表明,随着夹层真空度降低,通过低温容器内罐壁面的平均热流密度增大,内罐中液体温度升高速率增大;当夹层真空完全失效时,内罐压升率分别是夹层真空度为10-3 Pa、1 Pa和10 Pa时的10.4倍、5倍和1.2倍。     

雾化喷射下的波动液膜的电测量

冷却壁面上液膜的特性行为与厚度直接关系到雾化喷射冷却的深入研究。本文报道了在雾化喷射下水平壁面液膜厚度的测量。借助示波器,通过液膜直流信号配以几何尺寸的精确测量,实验研究了给定喷管雾化喷射下液膜波动行为和厚度随压力和喷头高度的变化。结合对流传热系数测量,分析了液膜厚度与雾化喷射冷却条件及效果的关系。     

微重力下凝结和沸腾着的汽泡周围流场

1引言尽管对沸腾换热已有大量的研究，但对沸腾过程中驱动汽泡外流动的机理仍没有透彻理解，通常认为，汽泡外流动是由液体自然对流引起的。但是，近来的微重力实验表明［‘］；在没有自然对流的微重力场中，沸腾换热同样很剧烈。为了弄清正常重力和微重力环境中驱动换热的机理，很有必要作进一步的研究。本文数值分析了微重力环境下驱动壁面汽泡周围液体流动的基本机理，深入分析了Marangoni效应的影响，同时考虑表面凝结和蒸发过程的作用。2理论模型汽泡外流动可由二维层流N－S方程及烙方程来描述，流动是由Marangoni边界条件驱动，该条…