低温推进剂管路预冷沸腾换热特性研究综述

为探究低温推进剂预冷管路过程中非稳态两相流动与换热特性,通过文献调研与对比分析,综述了该领域研究进展。分类总结了影响预冷沸腾的主要因素,梳理了数值模拟研究结果,探讨了现有流动沸腾关联式对低温推进剂预冷沸腾过程的适用性,并整理了微重力下低温流体预冷沸腾相关实验研究。研究表明:1)低温流体预冷沸腾可用典型沸腾曲线逆向描述,换热特性与两相流型分布与常温流体流动沸腾相比存在一定差异;2)质量流速、流动方向、工质物性等是预冷沸腾过程流动与换热特性的主要影响因素;3)传统流动沸腾换热关联式不适用于低温流体预冷沸腾换热研究,需进一步拟合低温流体预冷过程关联式。通过梳理低温流体预冷沸腾理论研究和实验进展,提出了开展相关研究的思路与方向,以期为低温推进剂的安全高效加注提供参考和理论依据。

低真空压力下横掠圆柱体强制对流传热特性的实验研究

为了研究低真空状态下空气横掠圆柱体强制对流传热特性,搭建了速度、压力可控的变密度风洞实验台和数据采集系统,得出了压力变化对气体传热特性的影响规律。实验研究表明:气体横掠圆柱体强制对流传热随压力降低而衰减,压力越低,传热衰减越快;压力恒定时,传热随Re减小而减弱;气体流态属于连续流或滑移流时,压力变化对传热影响很小,可直接采用传统经验关联式计算,推荐Hilpert关联式;气体流态属于过渡流或自由分子流时,压力变化对传热影响很大,传统经验关联式已不再适用,需要修正。本实验不确定度小于4.5%,实验数据可靠,为工程实际应用提供了实验基础。

滑移区稀薄气体外掠圆柱体换热的数值分析

针对滑移流区稀薄气体横掠圆柱体的强制对流换热问题,采用气体分子动力学,对速度滑移与温度跳跃边界条件以热流密度项与壁面切应力项形式进行修正,并植入到Fluent软件中,实现滑移流区换热的数值模拟。对雷诺数Re范围为0.001~20、克努森数Kn范围为0.001~3的工况进行了数值计算,并与实验结果进行对比。结果表明:采用滑移边界修正的CFD模型,可实现对稀薄气体滑移流区流动换热的精确模拟;当气体流态处于连续流状态(Kn≤0.01)时,边界条件的变化对数值结果影响不大;当气体流态处于滑移流状态(Kn范围为0.01~0.1)时,采用提出的滑移边界修正模型将能得到更加准确的计算结果;并且采用该模型可以对部分过渡流区(0.1<Kn<2)的换热进行数值预示。此方法可广泛应用于工程中滑移区流体的换热情况,为研究稀薄气体滑移流区流动换热问题提供一种有效的数值模拟方法。

液氧输送系统压力异常下降成因分析与数值研究

针对某运载火箭液氧输送系统分支管路压力异常的问题,采用CFD软件对液氧输送系统管路进行了数值模拟,并对压力异常的维持、不同过载条件与不同管路开闭条件下压力响应进行了计算分析。结果表明:随着边界条件与时间不同,液氧输送管路在运行中会形成3种型态各异的流场,造成压力异常的流场是一种稳定平衡的流场;在不同管路开闭条件下,流场会发生旋转等物理形状上的变化,从而对各并联管路的压力造成影响。计算结果阐明了压力异常状况产生的原因,对于维护运载火箭的稳定运行及后期的输送系统改进提供了指导。