發(fā)布時間：2021-04-01 07:05

　　自生增壓液氫推進(jìn)劑貯箱在軌滑行階段將長期（數(shù)百秒）處于微重力環(huán)境下,其貯箱壓力受多種因素影響.液氫低溫推進(jìn)劑接近飽和溫度時,因傳熱等影響而極易產(chǎn)生相變,從而影響貯箱壓力.通過建立貯箱三維CFD模型,研究了不同初始液氫推進(jìn)劑溫度對于貯箱壓力和溫度變化等的影響.計算結(jié)果表明,氣液界面附近推進(jìn)劑溫度與當(dāng)前氣體壓力下飽和溫度之差（過冷度）越大,壓力下降速率越大.隨著氣體壓力下降,氣枕溫度降低,壓力下降速率也逐漸減小,壓力變化曲線趨于平緩.在初始液體推進(jìn)劑溫度低于平衡溫度的情況下,初始液體推進(jìn)劑溫度越高,平衡壓力越高. 

【文章來源】：空間科學(xué)學(xué)報. 2020,40(03)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

圖１推進(jìn)劑ＰＣ箱的網(wǎng)格模型??Ｆｉｇ．?１?ＣＦＤ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔ?ｔａｎｋ??

王妍升等：微重力條件下初始液氫溫度對低溫推進(jìn)劑貯＿箱氣枕壓力的影響??３９７??算．火箭ｆｔ箱微重力滑行時間為４００ｓ，壓力下降過??程如圖４所示．Ｏｓ時，貯箱整體壓力下降迅速，下降??速率高達(dá)約ｄＯＯＯＰａｆ１．根據(jù)飽和壓力－溫度曲線，??貯箱壓力應(yīng)向平衡壓力發(fā)展．液體推進(jìn)劑溫度與飽和??溫度相差越大，壓力下降越快？初始液體推進(jìn)劑溫度??為２〇Ｋ的算例壓力下降速率最大，約為ＩＷＯＰａ．ｓ－１，??這里因?yàn)椋玻?Ｋ與平衡溫度２５．７Ｋ相差最大．至４００?ｓ??時：初始液體推進(jìn)劑溫度為２２?Ｋ的算例中貯箱壓??力趨近平衡壓力〇．１７５ＭＰａ；而初始液體推進(jìn)劑溫??度分別為２〇Ｋ和２１Ｋ工況的貯箱壓力并未到達(dá)??￥衡？力，仍以一定速率下降，分別為２０６Ｐａ－ｓ－１??和ｌＳＯＰａ．ｓ－１，并且初始液體推進(jìn)劑溫度為２０Ｋ的??貯箱壓力更低，下降速率更快．??隨著壓力下降，貯箱內(nèi)整體溫度降低，壓力下降??速率變小，壓力變化趨于平緩．由于熱邊界條件為絕??熱，無熱源流入，整個貯箱內(nèi)溫度逐漸降低．至４００?ｓ??時，氣相和液相均趨于，當(dāng)時壓力下的平衡溫度，同時??｜￡箱內(nèi)壓力趨近平衡壓力■在初始液體推進(jìn)劑溫度??低寧平衡溫度的情況下，初始液體推進(jìn)劑溫度越高，??肀衡壓力越高？??不同初始液氫推進(jìn)劑溫度下貯箱氣體質(zhì)量隨時??間的變化如圖５所示，可以看出，對乎不同計算工??況，貯箱內(nèi)總氣體虜量的變化趨勢不同．對寧由總體??蒸發(fā)轉(zhuǎn)為總體冷凝的轉(zhuǎn)折點(diǎn)：初始液氫溫度為２０?Ｋ??時，蒸發(fā)４凝轉(zhuǎn)換發(fā)生在約ｌｌ〇ｓ時；初始液氫溫度??為２１Ｋ時，蒸發(fā)４令凝轉(zhuǎn)換發(fā)生在約２１０?ｓ；初始液氫??圖４不同初始液氫推進(jìn)劑溫度下貯箱氣枕?

Ｊ．?Ｓｐａｃｅ?Ｓｃｉ．空間科學(xué)學(xué)報?２０２０，?４０（３）??３９８??圖５不同初始液體推進(jìn)劑溫度下貯箱氣體??質(zhì)量隨時間的變化??Ｆｉｇ．?５?Ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｍａｓｓ?ｏｆ?ｈｙｄｒｏｇｅｎ?ｗｉｔｈ?ｔｉｍｅ?ｆｏｒ??ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｉｎｉｔｉａｌ?ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ??推進(jìn)劑溫度為２２?Ｋ的工況則表現(xiàn)為持續(xù)蒸發(fā)．在??計算開始時（〇ｓ），由于氣相與液相溫差很大，在氣液??界面附近形成熱邊界層，氣體受液氫冷卻而冷凝，液??氫受氣體傳熱而蒸發(fā)，兩者疊加表現(xiàn)為總體氣體質(zhì)：量??升高．同時，２２?Ｋ氣體質(zhì)量上升最快，而壓力下降??最慢．在４００?ｓ時，初始液體推進(jìn)劑溫度為２２?Ｋ的??工況顯示出壓力下降速率減緩趨近于〇．此時壓力??約為０．１７ＭＰａ，氣液界面附近溫度約為２２．２Ｋ．根據(jù)??飽和壓力曲線，＆壓力為〇．１７ＭＰａ時，飽和溫度約??為２２．３Ｋ．因此，４００ｓ時氣液界面附近溫度十分接近??飽和溫度，壓力下降速率減緩趨近予〇．??從圖６可以看出，４００ｓ時三個工況在氣液界面??附近具有不同的溫度分布特征．其中：２２?Ｋ工況氣液??兩相溫差最小，過冷度最小；２０?Ｋ工況氣液兩相溫差??最大，過冷度最大．過冷度越大，壓力下降速率越大；??當(dāng)過冷度趨近于零時，壓力下降速率也趨近寧零．??圖７和圖８顯示的是沿重力方向截面面積最大??處的溫度分布，圖中貯箱中間位置的黑色粗線代表液??面．由圖７液體溫度分層可見，從〇ｓ至４００ｓ，液體??推進(jìn)劑從均勻溫度場逐漸產(chǎn)生溫度分層，整體溫度有??少量升高．微重力條件下，表面張力使得液體表面彎??曲，沿徑向形成溫

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3112901