低温推进剂弹状汽泡形成过程的数值模拟研究

弹状汽泡形成过程的准确预测对于分析和预防低温推进剂的间歇泉现象具有重要意义.分析了竖直推进剂管内汽泡的碰撞及聚合机理,建立了描述这一过程的MUSIG模型并进行了数值计算.与实验结果对比表明,建立的模型能够有效预测竖直低温推进剂输送管内的汽泡起始聚合高度、弹状汽泡形成高度以及汽泡尺寸分布等重要参数,为间歇泉现象的研究和抑制提供了理论依据.

倾斜管内低温两相弹状流特性实验研究——弹状汽泡运动速度

使用高速动态分析仪对低温倾斜上升管内不同位置处弹状汽泡进行了可视化实验研究。对获得的弹状汽泡的运动速度进行了统计分析,研究了弹状汽泡运动速度的变化规律。结果表明:对于两个不同管径的管路,当倾斜角θ(相对水平方向的夹角)为90,°80,°70°时,弹状汽泡上升速度随着长径比(x/D)的增大而增大,与传统的空气-水两相弹状汽泡沿着管路的运动速度的变化趋势不同;当倾斜角60°时,弹状汽泡上升速度随着x/D的增大先增大后减小;当倾斜角θ为45,°40°时,弹状汽泡上升速度随着x/D的增大而减小;所有工况下,随着倾斜角度的减小,弹状汽泡上升速度先增大后减小,在θ=60°处最大,且在管出口处,汽泡的上升速度几乎不变。该文为进一步研究低温液氮沸腾两相弹状流发展过程中弹状汽泡运动速度提供参考依据。

倾斜管内低温弹状汽泡和液弹长度实验研究

用高速动态分析仪对低温倾斜上升管内不同位置处弹状汽泡和液弹长度分布进行了实验观测,对获得的观测结果进行统计分析,研究弹状汽泡和液弹长度的变化规律。结果表明:相同的倾斜角下,弹状汽泡平均长度随着x/D的增大而增大。在相同的x/D下,随着倾斜角度的减小弹状汽泡平均长度先增大后减小,在60°处最大。液弹长度的整体分布规律同弹状汽泡长度分布规律有明显差异。对于各种倾斜角度下,平均液弹长度随着x/D的增大而增大;同一x/D下,随着倾斜角度的减小,平均液弹长度先增大后减小,在60°处最大,说明管子从竖直倾斜后,有助于汽泡的聚合,使液弹长度增大,在45°角处,汽泡聚合减小使液弹长度减小。该文为进一步研究低温两相弹状流特性提供了依据。

竖直环形通道内液氮流动沸腾的数值模拟

在多尺寸组模型的基础上,从加热壁面上脱离汽泡的受力分析入手,对液氮过冷流动沸腾模型进行了修正。将新模型应用于环形通道内液氮过冷流动沸腾的数值模拟,同时为了比较,采用基于Kirichenko,Fritz汽泡脱离直径公式的多尺寸组模型对同一管道内液氮过冷流动进行了数值模拟。结果表明:结合脱离汽泡受力分析模型的多尺寸组模型可用来预测流动沸腾过程中的汽泡起飞直径及其变化趋势。同基于Kirichenko,Fritz汽泡脱离直径公式的多尺寸组模型相比,新模型有助于改善管道内汽泡尺寸分布以及空泡系数的预测,从而有助于准确分析弹状汽泡及间歇泉的形成。