喷射泵-液环泵联合抽空液氧过冷方案仿真研究

采用微元方法对液氧抽空过冷的传热传质过程进行仿真模拟,分析了喷射真空泵工作流体流量和压力、最低被引射流体压力和初始液位对于液氧抽空过程的降压特性、抽空时间及剩余液位的影响,获得喷射真空泵与液环泵联合抽真空的液氧过冷系统最佳工作条件:针对本研究液氧贮存系统,当储罐初始液位95%时,采用喷射真空泵工作流体流量为0.25 kg/s、喷射压力为5 MPa,最低被引射流体压力为34.35 kPa,后采用抽速5 m^(3)/min的液环泵,可以18小时内将60 m^(3)的液氧储罐抽空至10 kPa,且剩余液位达75%以上。

低温液氧过冷方案对比分析与试验研究

从燃料密度、显冷量和贮箱增压压力等方面阐述了采用过冷液氧推进剂的性能优势。以获取66 K过冷液氧为目标,从低温工质消耗、功率消耗、系统复杂性和安全性等多个方面对液氧抽空减压、负压液氮浴换热和氦制冷循环3种过冷方案进行了定量与定性对比。针对液氮浴过冷技术进一步对比了单级与两级过冷方案,最终建议采用常压+负压两级液氮浴过冷方案获取66 K深度过冷液氧,并基于该方案搭建了半工业级液氧深度过冷验证平台,成功将液氮过冷至66 K以下。试验表明在0~3 L/s的液氧流量范围内,由于管道漏热,液氧过冷加注过程中其温度随着流量增大而降低。本试验验证了两级液氮浴过冷方案的可行性,为低温火箭发射场推进剂加注系统升级提供了理论及技术参考。

液氧大流量深度过冷方案对比分析

为了获得深度过冷液氧,梳理了多套深度过冷方案,并对各方案建立了热力学模型,讨论了各过冷方案对于大流量边过冷边加注下冷却工质、抽空/制冷功率消耗等影响。结果表明:对液氧进行深度过冷时,常沸点温度与三相点温度相差较大,需分温区进行过冷方案讨论。对于78—90 K温区,建议采用常压液氮浴可经济方便地满足过冷需求;对于66—78 K温区,采用常沸点液氮浴+负压液氮浴相结合的两级过冷方案较为可行。对于55—66 K温区,采用液氮浴+氦制冷相结合的过冷方案较为经济可行。