旋片式动态水气分离器输送能力提升研究

为解决载人航天器中旋片式动态水气分离器输送能力不足的问题,提出了结合流体体积(VOF)多相流模型、剪切应力运输(SST k-ω)模型及多参考系(MRF)模型的输送能力计算流体力学(CFD)求解方法。通过仿真方法分析了电机转速、叶片数量和叶轮尺寸等不同参数对输送能力的影响;设计了试验装置,开展了输送能力地面测试试验,并提出了输送能力的提升方法。结果表明:增加电机转速、叶轮直径、叶片宽度均会使液体出口压力和功耗同时增大,增加叶片在减小功耗的同时可提高液体出口压力。基于试验得到的不同参数对输送能力的影响规律与仿真计算的偏差较小,验证了仿真方法的正确性和输送能力提升方法的适用性。

动态水气分离器微重力性能的地面评测方法研究

目的在地面重力环境下,评测动态水气分离器在微重力下的工作性能。方法以正置(0°)、水平放置(90°)、倒置(180°)3个方向作为表征量,测试3个方向下,动态水气分离器的分离能力,评测其在微重力条件下的分离特性。结果地面评测试验数据与失重飞机试验数据、在轨飞行试验数据的对比表明,动态水气分离器的分离能力:水中含气量和气中含水量对方向表现出不同的敏感性;地面倒置下的性能测试很好的表征了其在微重力条件下的分离能力。结论在重力条件下,以不同方向作为表征量的动态水气分离器的评测方法可以表征其在微重力条件下的分离能力。

空间动态水气分离器失重飞行试验研究

长期载人航天中必须突破的关键技术是水和氧气的循环再生。微重力下,水和氧气的循环再生首要解决的问题是气液两相流的分离。空间动态水气分离器利用离心力原理实现气液分离,但由于地面无法长时间模拟微重力环境,因而无法评价动态水气分离器在失重条件下的工作性能。2010年3月利用法国NOVESPACE Airbus A300 ZERO-G失重飞机,对空间动态水气分离器的水气分离效果进行了研究。结果观察到抛物线飞行过程中,分离液体中的含气率变化总体效果与地面重力条件下一致;而分离气体中观察到可视液滴,与地面重力条件下无可视液滴的结果不同。说明空间动态水气分离器的工作性能受重力影响,地面评价方法还需进一步完善。2012年10月再次利用法国的失重飞机,对改进后的动态水气分离器进行了搭载试验,结果显示分离性能已满足要求,验证了改进方法的正确性。