航天高压气体节流过程温变规律研究

基于焦-汤节流原理,针对航天领域常用气体在高压节流过程出现的温变现象,分析了高压气体节流温变过程及规律,开展了不同种类气体的节流温变对气体设备的影响研究。研究表明,对于预先压气的高压气瓶供气模式,氮气设备受节流降温影响较小,氧气设备则需关注节流元件及其下游设备对节流过程强烈降温效应的适应性;对于航天常用的液氮高压空浴汽化后在线压供气模式,为减少节流降温对下游设备的影响,需在高压空浴汽化器出口设置加温设施;对于高压氦气节流减压后的显著升温效应,为减少对下游设备的影响,采用液氮汽化对氦气进行降温是一种较为理想的技术路线。     

平衡型节流器件中液氮流动实验研究

以平衡型节流器件为主要部件的多孔节流流量计在低温液体流量测量上具有显著优点。本文搭建了真空可视化实验平台,采用高速相机对以液氮为工质的水平管内流动形态进行了观察,并分析了液氮在平衡型节流器件中的流动特性,结果表明：液氮进入常温管道后,依次出现了单相气氮流动(分为常温单相气氮和低温单相气氮流动)、气液分层流、波状流、弹状流、单相液氮流动等流型;实验标定的节流器件流出系数在流量测量范围内保持稳定;液氮流经平衡型节流器件后的永久压力损失随着速度增大而增加,并呈良好的抛物线形关系。     

高压气瓶对外输气过程的一种简化热力学模型及应用

航天领域普遍采用工作压力最高可达45 MPa的高压气瓶作为气源,需要时对外输气。对外输气过程中高压气瓶内的气体均会产生明显的膨胀降温效应,降温的气体会将冷量传递给瓶体,对气瓶的安全性可能产生不利影响。本文针对高压气瓶对外输气过程复杂的传热、传质及热力学多变过程,采用虚拟界面的可变容腔建立一套热力学简化模型,以航天领域常用的氮气、氧气、氦气高压气瓶为研究对象,计算并分析了气瓶对外输气过程中降温效应的影响因素及规律,有效解决了多变过程的微分方程解耦问题,并针对膨胀降温效应对气瓶的安全性可能产生的不利影响提出相应对策。