液体火箭发动机自然循环回路预冷非稳态数学模型

针对液体火箭发动机自然循环回路预冷过程中的非稳态流动与传热问题,构建了一组涵盖主要传热工况的管壁与低温流体间的传热模型,耦合了循环回路的释热方程和低温流体间的流动传热方程,并采用二分法迭代求解自然循环回路预冷过程中的非稳态循环流量,建立了液体火箭发动机自然循环回路预冷的一维非稳态均相流动数学模型.与已有传热模型相比,在膜态沸腾阶段引入了反环状流膜态沸腾模型和弥散流膜态沸腾模型,保证了膜态沸腾从全液相到全气相过渡过程中物理意义上的逻辑自洽性,并以输送管为例,验证了液体火箭发动机自然循环回路预冷模型的有效性.

竖直环管内低压水过冷沸腾数值模拟

采用Unal机理模型修正高压工况下气泡脱离直径的Tolubinsky关系式,并以基于有限元的有限容积法的CFX5.7为基本框架,通过添加用户程序实现了低压环管内水过冷沸腾的数值模拟.针对Lee的实验工况分析了过冷沸腾网格无关性的依据,研究了非曳力包括升力、湍流耗散力、壁面润滑力对径向空泡份额分布的影响,验证了模型在宽广工况范围内的适用性.计算表明:当进口过冷度及质量流速较小时,会在出口截面近壁面区域形成空泡份额的峰值,而进口过冷度或质量流速较大时则不会在出口截面近壁面区域形成空泡份额的峰值,这一点是与实验结果相一致的;液相流速的预测值与实验值较为接近,而气相流速预测值在加热面附近与实验值偏差较大.

气-液两相临界流速及压力扰动传播规律

应用整体平均两流体模型建立了带相变的气-液两相流压力波传播模型。根据小扰动原理和一阶线性齐次方程组有解的条件导出了两相压力波的色散方程。通过理论及实验数据分析了两相临界流速和压力脉冲及压力波传播速度间的关系,并研究了泡状流和弹状流流型下气-液两相压力波的传播规律。研究结果表明:气-液两相压力波具有色散特性,当扰动频率趋于∞时压力波传播速度等同于压力脉冲传播速度;两相临界流速与压力脉冲扰动传播速度相等价。

CNG加气站常规站与子站的经济性比较

介绍了CNG加气站常规站、子母站的工艺流程,并通过计算分析了常规站与子站的工作过程;同时从运营角度,对于在城市加气站工程设计中常出现的常规站、子站进行了经济性比较,为CNG加气站的建设提出了合理的建议。

活塞压缩机喷水内冷却过程的性能分析

运用文献[1]中建立的数学模型,以内止点喷水为例研究了活塞压缩机喷水内冷却过程的一般规律和性能,分析了喷液直径与喷液量对压缩机耗功、排气温度及吸气量的影响,同时也讨论了喷水内冷却过程中的传热传质性能。并在此基础上提出了最佳喷水角的概念,为活塞压缩机喷水内冷却技术的实现及性能改进提供了一定的理论依据。

新型运载火箭射前预冷液氧贮箱热分层的数值研究

针对新型运载火箭液氧贮箱的热分层现象,采用计算流体力学(CFD)技术对液氧贮箱内部的物理场进行数值模拟,揭示了贮箱内部温度场及速度场的分布规律,并分析了液氧热分层的形成过程及原因.研究表明:回流口截面以上区域的传热以对流方式为主,底部区域则主要是逐层导热;贮箱内部主体区域形成轴向温度分层,底部区域产生径向温度分层,最低温度区域偏移至底部封头右侧;气枕区形成逆时针速度旋涡,液相主体区产生顺时针速度旋涡,贮箱底部由于流场影响产生逆时针速度旋涡.

火箭发动机液氢预冷回路非稳态传热特性研究

针对液氢预冷火箭发动机自然循环回路的流动与传热过程,建立了一维非稳态均相模型来研究预冷过程中管路的温降特性.在膜态沸腾阶段引入过渡膜态沸腾,保证了弥散流膜态沸腾向反环状流膜态沸腾的合理过渡.一般流体的膜态沸腾起始壁温TL大于核态沸腾最高壁温TCHF,而氢的TL小于TCHF,使得氢的沸腾曲线不同于其他流体,造成计算时传热与流型转换的不连续,因此考虑以TCHF作为膜态沸腾起始壁温,以TL作为核态沸腾最高壁温,通过增加过渡沸腾区来确保计算顺利进行.计算发现:预冷过程中,回路管壁温沿流动方向表现出从高到低的逆向分布规律,最高壁温点位于反环状流向弥散流过渡区间处,最高壁温点位置随时间逐渐向下游推进.

不同回流位置液体火箭发动机循环预冷回路特性

液体火箭发动机的循环预冷是复杂的传热过程并且受到很多因素的影响,回流口位置则是影响管路预冷效果的重要因素。为了研究不同回流位置对液体火箭发动机预冷效果的影响,文中采用一维均相平衡态流体模型,通过离散化方法分析了不同回流位置时循环预冷过程中泵体温度的变化规律及预冷管路中流体各参数的分布趋势,得出回流上升管出口最佳位置。

冷中子源逆布雷顿循环氦制冷机性能分析和优化

运用能量守恒和火用分析方法,对冷中子源氦制冷逆布雷顿循环过程进行热力分析和火用分析.找出了系统火用效率和各部件火用损失随着压缩机压比、膨胀机等熵效率、跑冷量、换热器冷热流体平均温差变化的规律,并提出减小循环跑冷量、换热器内冷热流体温差,以及提高压缩机压比、膨胀机等熵效率、物料分配均匀度以提高循环性能和系统火用效率的措施.基于换热器内部冷热流体温差分布对循环性能影响的分析,设计了膨胀机预冷循环方案,该方案的火用效率相对于基本循环提高了24%.

CNG加气子站由压缩机驱动与液压驱动的能耗理论分析

从理论上定量分析了CNG加气子站用压缩机与液泵的能耗情况。分析以从转运槽罐中向被加气汽车输送1m3、压力20MPa的气体功耗为基准,分析获得了一些量化数值。

天然气汽车加气子站压缩机设计与运行中的若干问题

结合具体实践,提出天然气汽车加气子站压缩机理想的运行操作,合理的结构方案及功率计算与电动机选配等关键问题。

换热设备污垢监测及预测研究进展

重点阐述了近年来国内外学者对换热设备污垢预测和监测的研究工作,并提出了污垢预测和监测研究的新方向。同时,也对污垢机理做了概述,对污垢典型模型做了总结。

双增压单向阀颤振特性分析及防颤策略

针对新一代运载火箭贮箱增压单向阀的泄漏问题,全面分析了单向阀结构组成及工作原理,建立了双增压单向阀串联模式的AMESim模型,并对其阀芯颤振特性进行了研究。结果表明,相比于单个增压单向阀的贮箱增压模式,双单向阀串联后阀芯的颤振现象加剧;而通过增加两单向阀之间的管路容积,可有效缓解单向阀的颤振情况。在此基础上,提出了抑制阀芯颤振的3种策略,并结合数值分析结果和工程实践经验,对3种防颤策略的技术可行性进行了对比研究,所获得的研究成果对于新一代运载火箭贮箱增压系统的可靠性提升具有一定价值。

液氢保险活门膜片破裂故障分析及改进设计

针对某型号液氢保险活门试验过程中膜片破裂故障,从膜片厚度、设计裕度等方面进行研究与分析。通过有限元仿真方法找出了设计薄弱环节,并进行膜片厚度改进优化,以提高膜片疲劳寿命。通过膜片寿命试验及整阀性能试验,验证了改进后的膜片寿命得到大幅提高,且液氢保险活门性能满足要求。本文研究结果对膜片等敏感元件的动强度及疲劳寿命设计及验证具有一定的参考价值。

无塌陷型面出流及输送管内推进剂利用技术研究

针对火箭通用芯级氧箱的共底贮箱结构,通过理论分析及数值仿真,提出了“无塌陷型面+消漩叶片”的出流方案,并通过优化型面起始点半径,确保出流过程中不产生明显的液面塌陷。仿真及缩比试验结果表明,相比传统的“圆盘+倒锥”出流方案,贮箱推进剂在无塌陷型面出流方案下的出流过程中,没有明显的气液掺混或漩涡夹气现象,贮箱内推进剂可得到充分利用。在此基础上,利用Wallis两相漂移模型对输送管内两相介质传播速度进行了理论研究,并结合出流过程中气泡运动速度的试验结果,提出了输送管内推进剂的可用量准则。

低温液体火箭发动机自然循环预冷研究

液体火箭发动机自然循环预冷涉及复杂的流型转换及传热过程,并且受到很多因素的影响。采用一维均相平衡态流体数学模型,通过离散化方法分析了稳态时预冷管路中流体各参数的分布,研究了回流口位置、气枕压力及液体过冷度对液体发动机预冷性能的影响规律。计算结果表明,回流位置位于下封头以上4～6 m范围内为相对最佳,增大气枕压力和液体过冷度均对发动机预冷效果具有抑制作用。

复合材料气瓶充放气过程仿真与验证

本文阐述了复合材料气瓶充放气过程的热力学基础,利用系统仿真软件AMESim,构建了基于实际物理过程的复合材料气瓶充放气仿真模型,并对充放气过程中的内、外侧换热及瓶壁间导热进行了数值模拟,分析了复合材料气瓶充放气过程中的压力、温度特性。通过与复合材料气瓶充放气试验数据的对比分析,验证了本文所提出的实际充放气仿真模型的有效性,并且对于不同介质、不同充放气工况具有良好的适用性。

基于ANSYS Multiphysics的电磁阀电磁力仿真分析

基于ANSYS Multiphysics模块建立电磁阀电磁力有限元分析模型,对电磁阀磁场特性进行仿真分析,仿真结果表明该分析方法能够精确计算整个电磁阀磁路空间的磁场、漏磁效应及衔铁所受的电磁力。气隙和电流对电磁力的影响分析结果表明,电磁阀动作过程中电磁力随气隙的增大而减小,减小的速率与电流大小相关,电流越小,气隙对电磁力的影响越显著。该分析方法可应用于航天电磁阀的设计和分析,具有一定的工程应用价值。

输送管路低频压力脉动研究

运载火箭飞行过程中,推进剂输送管路系统中有时会出现低频压力脉动现象。针对该现象,以输送管路系统为研究对象,进行了其固有频率的理论分析和研究,并开展了AMESim仿真验证,对输送管路产生压力脉动产生的机理以及其影响因素进行了初步研究。通过仿真试验分析,找出并验证了对输送管路系统压力脉动频率起作用的主要因素,在此基础上,初步建立了相应的输送管路脉动压力计算公式,方便后续工程应用。

某型保险阀非线性稳定性及参数影响特性研究

通过引入修正的库仑摩擦力模型开展了保险阀非线性稳定特性的数值分析,获得了阀门颤振的局部稳定特性,从理论上解释了保险阀通气试验阀门工作稳定而在振动试验中会发生颤振的现象,在此基础上开展了保险阀非线性稳定的参数影响特性研究,得到了以下结论:增加气瓶与保险阀连通管长度、库仑摩擦力、主弹簧刚度将有利于提升保险阀的稳定性;减小给气瓶充气theoretical用的孔板直径,将有助于提升保险阀的稳定性。