变密度多层绝热最优层密度研究

基于正交实验法对变密度多层绝热(VD-MLI)设计不同层密度组合方案,同时采用逐层传热分析模型进行漏热量计算。结果表明不同层密度组合的VD-MLI漏热量不同,VD-MLI最优层密度组合方案为低密度区8层/cm,中密度区14层/cm,高密度区20层/cm。在最优层密度组合基础上,确定了不同热端温度条件下,液氮、液氧、液态甲烷VD-MLI满足漏热量要求的最小厚度。热端温度165K,液氮最小厚度9mm,液氧8mm,液态甲烷6mm;热端温度300K,液氮最小厚度39mm,液氧38mm,液态甲烷36mm;热端温度400K,液氮最小厚度94mm,液氧93mm,液态甲烷92mm。

仲-正氢转化对蒸气冷屏组合结构绝热性能提升研究

为探究蒸气冷屏-变密度多层绝热组合绝热结构中耦合不同仲-正氢转化类型对液氢储罐绝热性能的提升效果,建立了采用连续转化与绝热转化的组合绝热结构稳态传热模型,并分析了蒸气冷屏屏位与仲-正氢转化器位置对组合绝热结构性能的影响。研究表明:与绝热转化相比,采用连续转化时绝热结构的性能更优,其最小漏热热流密度为0.117 5 W·m^(-2),与不采用仲-正氢转化相比减少了13.48%;若采用绝热转化,当仲-正氢转化器到VCS盘管入口的距离与盘管总长度之比为30%~77.5%时,漏热热流密度达到最小值0.121 0 W·m^(-2),比不采用仲-正氢转化减少了10.30%;转化器安装在盘管中间附近位置,可提高绝热转化的起始温度与仲-正氢转化吸热量,对抵消外界热流、改善绝热性能有益。研究结果为液氢温区组合绝热结构的设计提供定量的理论依据和技术指导。

变密度多层低温绝热结构的性能比较与分析

为探究航天低温领域的轻质高效绝热技术,探究能够满足重量和绝热性能要求的变密度多层绝热结构,本文总结归纳了两种变密度多层绝热结构类型,利用逐层传热模型对两类变密度多层绝热结构的热流密度、层间温度分布特性进行仿真,并与定密度多层绝热结构进行对比分析。结果表明,重量保持不变时,采用减小低密度区间隔物相对密度、增大间隔物厚度的变密度多层绝热结构,热流密度较定密度多层绝热结构显著降低,是一种适用于低温液体贮存的轻量化、性能优良的低温绝热技术。本文的研究厘清了体现重量和绝热性能优势的变密度多层绝热结构,为今后开展变密度多层绝热结构优化的相关研究提供参考。

多层材料/气冷屏传热二维模型与绝热性能

为更加准确地指导低温贮箱多层绝热(VD-MLI)/气冷屏(VCS)复合绝热结构的设计,建立了VD-MLI/VCS二维模型.考虑了VCS内蒸气升温对绝热性能空间分布的影响,并就传统一维模型和新建二维模型的预测能力与复合绝热结构的传热规律开展了对比分析.结果显示:VCS布置于VD-MLI第16层时漏热热流最小,为0.11 W/m^(2),最小漏热处一维模型对贮箱漏热量产生9%的低估;沿氢气流动方向贮箱漏热热流从0.02 W/m^(2)升高至0.23 W/m^(2),VCS冷却效果逐渐减弱.VD-MLI/VCS绝热结构的温度场随VCS的位置改变呈现不同形式的二维分布,造成贮箱各处绝热性能不一致,建议在VD-MLI总厚度的26.7%~68.3%内布置VCS.

低温推进剂贮箱气冷屏复合绝热结构综合优化设计

气冷屏复合绝热(VSC)结构可以有效减少低温推进剂蒸发损耗。目前尚缺乏对气冷屏复合绝热结构的综合优化设计,现有的研究方法不能准确反映出漏热量与多层变密度材料导热性能及冷屏屏位之间的关系。为此,考虑多层变密度材料导热系数随冷屏位置的变化,对复合绝热结构进行综合优化设计,研究冷屏位置和多层变密度结构的相互影响规律,分析了最佳层密度与最佳屏位。结果表明,加入气冷屏后,降低中密度区层密度,增加高密度区层密度可以进一步减少漏热量。对于不同的层密度组合,存在一个最佳屏温,当冷屏处于该温度时漏热量最小。

应用于ZBO存储的SOFI／VD-MLI技术研究

低温推进剂长期在轨储存技术是制约航空航天探测不断深入的关键技术之一。基于变密度多层绝热的组合型绝热(SOFI/VD-MLI)技术是泡沫塑料绝热与变密度多层绝热相结合的一种新型绝热方式,其绝热效果好、质量轻,在飞行器地面发射阶段和空间在轨阶段均能发挥良好的绝热作用,广泛用于航天低温推进剂的存储。文中从国内外研究现状、结构原理等方面介绍SOFI/VD-MLI技术,重点分析SOFI/VD-MLI技术的优点和未来研究方向。

低温液体BOG再液化系统压力及蒸发率试验研究

为研究低温液体吸热产生蒸发气(Boil-Off Gas,BOG)的动态过程,寻求合理调控低温液体压力和温度的方法,搭建了一套低温液体BOG再液化试验系统。以液氮为工质对120L高真空变密度多层绝热储罐进行了压力、温度及蒸发率测试试验,分析了以上参数与时间的变化规律,计算了储罐静态蒸发率与漏热量。结果表明:储罐压力随时间增加而逐渐上升,在480min之前压力上升速率较快,为10.9Pa/s,之后上升速率逐渐减小。从液相到气相的温度依次升高,液相内部的温度相差较小,约为1.2℃;随时间的增加,液相和气液分界面的温度逐渐升高,气相的温度逐渐降低,480min后达到相对稳定的状态。初始充装率为0.7时,自然蒸发的BOG流量随时间增加逐渐减小;经计算,储罐静态蒸发率为2.04%/d,漏热量为4.1W。试验结果为后续开展低温液体BOG再液化研究提供了相关依据。