空间环境模拟器热沉液氮密闭循环方案及数值模拟

空间环境模拟器中氮系统设备众多,管路复杂,通过传统理论计算设计的系统参数与实际运行结果存在一定偏差,从而导致系统流量和压力偏离预期。为准确分析和确定氮系统的关键参数,运用数值模拟软件FloMaster对某单相密闭循环氮系统进行全系统的一维仿真模拟,研究氮系统中单一设备的模型参数,从而确定影响系统运行的关键参数。将系统仿真计算结果与实际运行结果进行对比发现,液氮管道的阻力损失误差是造成系统流量和压力偏差的主要因素;同时,液氮流量的差异也会对换热过程造成影响,使热沉出口的液氮温度出现偏差。但系统偏差不影响系统的特征参数的变化趋势。综上,这种仿真方法简化了理论计算方法的计算过程,提升了设计效率,为系统设计提供了数据基础和设备选型依据。

低温风洞大空间液氮喷雾冷却数值模拟分析

液氮喷雾冷却技术是实现低温风洞的降温及提高风洞试验雷诺数的最佳途径,为了深入研究液氮喷雾在风洞内的降温特性,应用CFD软件对低温风洞中液氮喷射制冷段部分的流动换热进行了数值模拟,分析了不同流场速度对于下游温度场的影响。建立了三维流体动力学模型,考虑顺流与垂直喷射两种喷嘴布置结构,考虑了液滴的蒸发、碰撞与破碎,在不同气流速度和温度下,获得了下游雾场分布特性。数值结果显示:来流速度的增加会加速液氮蒸发,从而降低下游的平均温度,但来流速度的增加会减小下游雾场的覆盖区域,导致计算区域温度不均匀;垂直喷射增加了来流与液氮颗粒之间的相对速度,降温效果优于顺流喷射。

空间环模设备液氮系统中文丘利管的研究

通过对文丘利管的工作原理的分析，阐明了文丘利管在液氮系统中所起的作用，提出了文丘利管的设计计算方法。通过对现有设备液氮系统的改造，对该系统及文止利管进行了试验验证工作。这些工作所得到的结论对新型环境模拟设备液氮系统的设计提供了重要的参考依据。

垂直上升管内气液两相流动特性的数值模拟

某空间模拟器的液氮制冷系统采用了结构简单、可靠性高、最节能的重力自循环系统。基于气液两相流理论,建立了垂直上升管内液氮气液两相流动的一维均相流模型;数值模拟不同入口压力下的管内压力、质量流量、管壁温度和质量含气率等参量,研究其变化规律。计算结果表明,建立的数学模型能够详细描述重力自循环系统垂直上升管内液氮流动的流体动力特性,为空间模拟器液氮制冷系统的研制提供了重要的基础数据和理论参考依据。

大型空间环境模拟器的一种液氮制冷系统

介绍了我国新研制的一台大型空间环境模拟器 Ｋ Ｍ６ 所采用的以液氮为制冷介质的带文丘利管的单项密闭泵增压循环制冷系统， 并给出了该制冷系统的调试结果。

气氮调温热沉系统设计

我国空间环境模拟试验中,多采用表面温度低于-173℃的热沉在地面模拟空间冷黑环境,与太空-270℃真实冷黑环境相比,模拟误差可控制在1%左右。随着我国深空探测的发展,特别是火星探测任务的提出,使用传统的液氮单相密闭循环制冷热沉达不到火星地表温度-123~27℃,无法满足火星探测模拟试验需求,采用调温热沉技术可解决此问题。介绍了气氮调节热沉温度的工作原理与系统主要组成部件的结构型式,对系统关键参数进行了分析计算,并完成了试验验证。

真空羽流试验设备的负压液氮系统设计

真空羽流试验设备用于发动机真空羽流效应试验研究,同时兼顾卫星等热真空试验,对液氮系统有特殊要求。针对低至70 K液氮温度需求,设计一种全新的负压液氮系统,即利用液氮在负压下具有比常压液氮更低的饱和温度,来获得比常压液氮系统更低的液氮温度。该负压液氮系统主要由液氮输送子系统、常压过冷器子系统、负压抽气子系统、液氮泵子系统、热沉子系统及排放子系统组成,其中常压过冷器子系统和负压抽气子系统构成"负压过冷器",具有常压过冷器功能,供液温度可调,可为热沉提供70~77 K液氮制冷,满足发动机羽流及卫星热真空试验需求。

空间环境模拟器液氮系统数学模型

大型空间环境模拟器的液氮系统庞大复杂,为满足确定控制方案、建立故障诊断模型、技术改造等的需要,建立液氮系统的数学模型是十分必要的。以某空间环境模拟器的液氮系统为例,建立了液氮系统的数学模型;分析了系统输入参数对系统输出参数影响;最后,应用这个模型,得到了一些有益的结论,提出了一种调节阀的准稳态控制方法。