LNG接收站BOG产生及储罐压力控制研究

BOG处理系统是LNG接收站重要组成部分,其能否安全平稳运行对于接收站储罐压力控制、LNG船舶接卸操作及BOG回收都有着重要意义。本文通过对该接收站BOG产生量理论值进行分析计算,弄清了接收站在非卸船和卸船两种工况下BOG产生情况,并结合该接收站BOG处理系统情况,提出了相应的BOG回收处理优化建议,也可为接收站实际生产运行提供参考。

低温推进剂长时间在轨的蒸发量控制关键技术分析

介绍了国外低温推进剂应用需求,从被动防护和主动制冷等方面对低温推进剂长时间在轨蒸发量控制关键技术进行了归纳分析,对国外低温推进剂长时间在轨蒸发量控制系统技术方案进行了研究,对低温推进剂蒸发量控制技术进行了总结和展望。

低温推进剂蒸发量控制试验研究进展与展望

通过对美国马歇尔空间飞行中心(MSFC)及其合作单位在1990—2012年间所做有关低温推进剂蒸发量控制方面的试验进行回顾,分别从被动防绝热材料绝热性能测试、喷雾棒型热力学排气系统(TVS)控压试验、采用制冷机的主动冷却控压技术以及其它有关蒸发量控制技术方面对美国20年间所做试验研究进行了分析与总结,对美国未来空间探测低温流体管理计划进行了展望。

低温推进剂贮箱大面积冷屏热分析及成本优化

运载火箭低温贮箱采用大面积冷屏与多层隔热材料组成的复合结构可以有效减少低温推进剂蒸发损耗,延长低温推进剂在轨贮存时间。通过建立多层隔热材料耦合90 K大面积冷屏的传热模型,获得了引入大面积冷屏后对多层隔热材料层间温度分布及热流密度影响的变化规律,对比了采用冷屏技术和直接对液氢采用主动制冷两种方式,同等条件下采用冷屏在主动制冷系统重量和功耗方面可分别节省60%和64%。研究了低温推进剂不同在轨贮存时间和冷屏安装在多层隔热材料中不同位置时热管理系统重量和功耗成本,以成本最小为目标获得了90 K冷屏布局最优化设计方法。

低温推进剂在轨贮存与管理系统方案研究

为解决空间恶劣热环境和微重力环境下推进剂大量蒸发损耗及推进剂的气液两相混合等问题,低温推进剂在轨贮存与管理系统应具备绝热、贮箱压力控制、推进剂管理、热量转移及制冷等功能。以载人月球探测任务、载人火星探测任务中低温轨道转移级为背景,阐述了低温推进剂在轨贮存与管理系统的方案:低温贮箱采用泡沫+多层隔热材料复合结构、基于碳纤维复合材料的V20型杆系连接支撑结构、可充填式启动篮推进剂管理装置等方案;载人月球探测任务中低温轨道转移级压力控制可采用推进剂沉底排气方案;对于载人火星探测任务,低温轨道转移级压力控制可采用热力学排气方案,并采用低温制冷机主动制冷。

NASA低温推进剂长期在轨贮存与传输技术验证及启示

液氢/液氧低温推进剂被认为是目前进入空间及轨道转移最经济、效率最高的化学推进剂,但其沸点低,低温推进剂长期在轨蒸发量控制及贮箱压力控制等成为核心技术难题。结合国内外研究情况,分析了美国近年来低温推进剂长期在轨贮存与传输关键技术及地面试验,重点探讨了主动制冷技术、大面积冷屏技术及其他被动热控技术相结合的技术方案,给出了低温推进剂长期在轨贮存与传输技术的未来发展趋势。

低温推进剂在轨零蒸发贮存研究进展

采用低温制冷机与低温贮箱耦合的方式,可以实现低温推进剂在太空环境下的零蒸发贮存。从系统分析、机理研究及试验研究三个方面对低温推进剂零蒸发贮存技术的现状进行了综述,阐述了现有的系统分析方法、理论分析模型及零蒸发试验方案,可为低温推进剂空间贮存的发展提供参考。

氢氧推进剂在轨加注若干关键问题研究进展

为了实现深空探测和大型空间站的建设,有必要对氢氧推进剂的在轨加注技术进行研究。通过文献调研和对比,重点分析氢氧推进剂在轨加注遇到的若干热力学和流体力学问题。首先介绍了可以用于氢氧贮箱蒸发量控制的被动热防护技术,目的是实现推进剂的长期在轨贮存。其次,对9种常用的常规推进剂在轨测量技术进行比较,得出适用于氢氧贮箱内剩余推进剂的测量方法。最后,针对在轨低温推进剂的气液分离问题,分析了正推法和表面张力贮箱在氢氧贮箱气液分离中的适用性。通过对氢氧推进剂在轨加注关键问题的调研和论证,为我国氢氧推进剂在空间环境下的长期在轨使用和再加注提供技术参考。

低温推进剂长期在轨蒸发量主动控制技术发展分析

为满足深空探测任务要求,基于低温推进剂长期在轨蒸发量主动控制技术的应用需求,对国内外低温推进剂长时间在轨蒸发量主动控制技术研究进展进行了分析,结合国内技术现状对低温推进剂长期在轨蒸发量主动控制关键技术进行了梳理,可为低温运载系统深空探测任务的开展提供参考。

热力学排气系统压力控制地面原理实验研究

低温推进剂由于其比冲高、无毒无污染,被认为是进入空间及轨道转移最经济、效率最高的化学推进剂,也是未来人类月球探测、火星探测以及更远距离深空探测的首选推进剂。热力学排气技术是解决低温推进剂长期在轨应用蒸发量控制问题的一项关键技术。针对应用于低温贮箱的热力学排气系统(TVS)搭建了地面原理实验平台,采用制冷剂R123为工质,开展了增压、混合喷射降压以及节流制冷3种不同工作模式下的实验研究,分析了不同阶段箱体压力及内部流体问题变化情况,实验验证了热力学排气系统的压力控制效果,与直接排气相比,热力学排气可节省41%的排气损失,该结果可为低温推进剂在轨贮存热力学排气技术的发展提供借鉴和参考。

带搅拌器ZBO低温贮箱长期在轨存储非稳态分析

针对带搅拌器ZBO低温贮箱在轨工作过程,采用计算流体动力学软件FLUENT对液氢贮箱进行非稳态模拟分析,获得了贮箱内流体的两相流特性以及压力变化规律。低温贮箱的物理模型为贮箱顶部和底部为椭球形,中间为柱段,贮箱顶部换热器连接低温热管,底部采用喷射泵装置。计算结果表明,随着贮箱外部热量的不断导入,贮箱底部和顶部都出现了气泡,并且逐渐增大,流体最高温度和压力不断上升,增压运行至设定值(运行约80 h)后开启喷射泵和低温制冷机,气泡体积均缩小,流体最高温度和压力明显降低(运行约20 min)。

低温流体管理技术重力依赖性分析与微重力试验方案

本文梳理了低温推进剂空间流体管理(CFM)技术特征,调研了空间搭载试验研究进展,基于技术成熟度提升需求,揭示了25种CFM技术对重力的依赖关系。对比分析了多种微重力获取方法的技术特征,基于CFM技术验证目标对开展微重力试验提供了方案建议:常规低温工质的试验无法表征液氢规律,应将液氢与液氧、液甲烷分类研究;可采用液氮替代液氧、液甲烷设计空间搭载试验系统;而液氢必须采用真实流体开展搭载试验;基于空间飞行器的搭载试验是验证各类CFM技术有效性不可替代的方案;在开展单项CFM技术研究的同时,应尽早规划,开展基于轨道飞行器的CFM技术综合验证平台设计。

液化气体船薄膜型货舱绝热技术

薄膜型货舱绝热层的绝热性能对船舶结构的安全性和液货舱蒸发率有一定影响。对此,介绍薄膜型货舱绝热层种类和绝热构件的型式,分析绝热层热传导过程和影响绝热层绝热性能的因素。在此基础上,研究绝热层绝热构件的原材料性能、制造工艺和船上安装过程,提出原材料性能、绝热构件制造和绝热层船上安装等质量控制要求,保证薄膜型货舱的绝热性能,维持适当的液货蒸发率,确保船舶结构安全。

氢仲-正转化释冷方案及冷量空间利用潜能分析

调研了氢仲-正转化释冷能力及研究现状,介绍了绝热、连续、等温三种转化方式的释冷潜能与工作特征。针对氢空间长期安全贮存,按照转化器布置位置与转化方式,提出四种冷量空间利用方案。研究发现:氢绝热转化在150 K时释冷量最大,为391 k J/kg;等温转化在110 K时释冷量最大,为394 k J/kg;连续转化在出口温度大于200 K后,释冷量稳定在491 k J/kg。所提四种方案中,由于空间排气温度偏低,造成氢仲-正转化潜能无法充分释放,对贮箱绝热性能提升有限。相较于一次绝热转化,在蒸气冷却盘管内连续转化可较充分利用转化冷能,在氢的空间贮存应优先考虑。

低温推进剂蒸发量主动控制实验研究

以液氮为研究工质,基于研制的低温推进剂蒸发量主动控制实验平台开展了"零蒸发"贮存实验研究。该实验平台以G-M制冷机作为冷源,通过换热器对500 L液氮贮存容器内部输入冷量,以此控制液氮的蒸发速率,实现液氮的"零蒸发"贮存。实验研究表明,对于液氮贮存空间气相区和液相区分别输入冷量,均能抑制系统压力上升趋势,实现"零蒸发"贮存的目的,其中对于液相区输入冷量效率更高,能够在较短时间内降低系统压力。通过该实验平台上还进行了蒸汽冷却屏控制液氮蒸发速率研究,实验证明通过蒸汽冷却屏可以降低液氮蒸发速率。

单片机温度控制系统在LNG船上的设计与实现

为了避免LNG液货船在航行时由于晃荡或漏热过程产生大量蒸发汽BOG引发的安全问题,设计一种单片机的温度控制系统报警器。采用热力学理论分析温度和压力的关系,并运用Labview对报警器进行了模拟验证。结果表明:建立BOG系统的数学模型,推导一种新的温度与压力的关系表达式p=f(T),为温度参数替代压力参数检测提供理论依据;对控制系统的硬件系统和软件系统进行了归纳,应用Labview验证了单片机温度控制系统报警器的可行性,保持LNG船内部的压力稳定。利用热力学结合机械电子工程解决传统LNG液货舱压力测量时产生局部"虚假"压力的缺陷。

推进飞行器低温推进剂在轨贮存被动蒸发控制方案研究

在对低温推进剂在轨贮存技术简要概述的基础上,针对推进飞行器的2种构型,提出了3种低温推进剂在轨贮存被动蒸发控制方案,建立了技术方案中复合绝热结构和蒸汽冷却屏的传热分析模型,对不同轨道、不同构型和多个蒸发控制方案的低温贮箱漏热量和蒸发量进行了计算和分析。结果表明,绝热结构隔热性能为0.05 W/(m2·K)时,被动蒸发控制方案可控制液氢贮箱蒸发率为0.4%~1.1%/天;近地轨道低温贮箱的蒸发量明显大于地月转移轨道的蒸发量;蒸汽冷却屏可以明显减小低温贮箱的漏热;随着绝热结构隔热性能的增加,低温贮箱的漏热量减小。

C型货舱液化天然气运输船压力控制实例与探讨

液化天然气(LNG)由于其固有特性,在储存运输过程中会产生自然蒸发气(BOG),给货舱和货物系统带来压力升高的问题。C型货舱以其高耐压带来的安全性和低装载率限制带来的灵活性广泛应用于总舱容80 000 m3以下的中小型液化天然气运输/加注船。通过实船数据分析,介绍了C型货舱LNG运输船的货舱压力控制实例和智能化思考,以期为目前和未来同类型船舶的设计和营运提供参考。

长时间滑行低温推进剂管理关键技术分析

随着航天技术的不断发展,有效载荷对低温末级提出了长时间滑行的任务需求。由于低温推进剂沸点低、易蒸发、难以长期贮存,低温推进剂位置管理、热量管理以及供电问题成为长时间滑行必须解决的关键问题。梳理了长时间滑行的任务需求和面临的挑战,分析了长时间滑行低温推进剂位置管理、热量管理以及集成流体管理系统等关键技术,分别提出将我国低温末级滑行时间拓展至6 h及更长时间的发展建议。