贮箱内浆态低温推进剂沉降特性数值研究

为了揭示浆态低温推进剂在贮存时的颗粒沉积行为规律,解决沉积带来的浆态低温推进剂向火箭发动机输送时的供给问题,研究了贮箱内浆态低温推进剂的沉降特性。基于欧拉-欧拉数值模拟方法,考虑固体颗粒动力学理论建立了低温固液两相流动与相变传热数值模型,研究了浆态低温推进剂(浆氮、浆氧、浆氢)在贮箱内两相流场动力学信息与沉降特性,并讨论了不同低温工质、不同粒径(0.02~0.5 mm)、不同固相体积分数(10%~50%)以及不同漏热率(50~200 W/m^(2))工况对浆体低温推进剂沉积和流场特性的影响。结果表明:固氧颗粒在液氧内沉降较为微弱,但固氮和固氢颗粒明显沉降,实际应用时需考虑防沉降措施;在固相粒径较小、固相初始含量较少、壁面漏热更少的情况下,浆态低温推进剂的沉积量更少;固液密度比较大的浆状流体沉降速率更快,以0.5 mm的粒径为例,浆氮、浆氢相界面的下移速率分别为15.62及12.58 mm/s,而浆氧的相界面下移速率仅为0.12 mm/s;此外,在特定条件下贮箱中存在方向相反的双涡旋。研究结果揭示了浆态低温推进剂在存储过程中的物理规律,可为浆态流体的高效储存和应用提供参考。

浆氮电容式密度计及液位计的实验研究

采用电容式密度计及液位计来测量浆氮密度及液位的变化,使用整体屏蔽法对测量系统进行保护以减小寄生电容并提高其抗干扰能力。从理论上分析整体屏蔽法在提高测量系统性能上的作用,并通过实验加以验证。在实验中对密度计和液位计进行标定以提高其测量的精度,并使用密度计测量制备过程中浆氮密度的变化情况。

浆氢与浆氮技术研究现状

浆态是一种固态与液态物质共存的状态,即在液体中含有固体小颗粒。浆氢在用作火箭和航天飞机的燃料方面有很广泛的应用前景;采用浆氮作为高温超导电缆的制冷剂则会明显提高电缆的冷却性能。主要介绍了浆氢和浆氮的制备方法,密度和流量的测量技术,及其管内流动及换热特性。

低温浆体电容式液位计的优化及实验

针对电容传感器测量稳定性差的问题,采用电容法对氮浆液位的测量开展实验及优化研究.为了改善电容式液位计的稳定性和精度,采用双层同轴管结构作为电极,在电极外增加全屏蔽同轴管并接地,降低周围环境电磁及机械干扰.标定实验结果表明,液位计具有较好的线性度、灵敏度和精度,平均灵敏度为46.76pF/m,液位测量相对误差在±0.23%以内.将标定的液位计运用于氮浆液位及流速的测量,测试结果显示,优化的电容式液位计运行稳定,利用液位变化来估算流速的方法较可靠.

蓄冷氮浆回收低温风洞排气原理及实验研究

低温风洞通过向风洞喷射液氮降低气流总温的方法来提高实验雷诺数,并不断向外排出低温氮气以维持洞体内压力。回收该低温氮气将有助于降低风洞运行成本,提高风洞运行经济性。提出了蓄冷氮浆回收风洞排气方案,详细分析了方案流程中的质量及能量变化,得出了系统经济性临界点215 K。并采用真空制冷原理开展了验证实验,成功制得了氮浆并实现了氮气回收,其中氮浆液位高度0.5 m,氮气最大回收速率0.6 kg/s。

氮浆在水平圆管中流动压降的数值模拟

氮浆因其密度高、温度低、热容大等特性,可作为高温超导器件等的潜在冷却剂。氮浆的流动特性(尤其是压降)是其在应用中很重要的特征参数。建立了氮浆在水平圆管中流动时压降的二维计算模型,并应用双流体模型、Syamlal-O’Brien曳力模型的CFD模拟方法,对系统中跟流动压降相关的关键因素进行了分析,得出了固氮体积分数、氮浆流速、管道直径和固氮颗粒大小等参数对氮浆液固两相流在水平圆管内流动压降的影响情况。

氦冷却法制备氮浆中液滴凝固过程的模拟与分析

采用氦冷却法制备氮浆的工艺所制氮浆颗粒尺寸均匀,制备过程中杜瓦内可维持正压,从而防止周围空气的漏入。通过对氦冷却法制备氮浆过程中液滴凝固时固氮颗粒的形成过程进行分析,建立起相应的物理模型以及微分方程,并对微分方程进行数值求解。着重考察了液滴的凝固过程,并对液滴群完全凝固时的氦气温度、压力、流速以及扩散腔长度进行了研究,进而探讨了采用该方法制备氮浆时氦气工作参数、喷管尺寸以及扩散腔长度等的选择问题。

浆氮制备及其管内流动特性的实验研究

本文对冻结一融化法制备浆氮进行了研究,考查了真空泵抽速及冻结、融化时间对浆氮性质的影响,得到了制备含有细小固氮颗粒浆氮的方法。并研究了浆氮在内径10 mm的水平长直圆管中的流动性质。实验结果表明,当真空泵抽速大于4 L/s且冻结与融化时间分别为10 s与5 s时制备效率高且生成的固氮颗粒直径约1 mm。浆氮在水平圆管内流动时单位长度的压降略高于液相压降,且随流速和固相体积分数的增加而增加,在低速时固相体积分数对流动压降有明显影响。

浆氮固相浓度实验测量研究及应用于浆氢的分析研究

目前比较常见的低温浆体主要是浆氢和浆氮,其在高温超导和航空航天等领域有良好的应用前景。对制备浆氮的实验系统进行了优化,并基于浆氮的实验结果,对其应用于浆氢密度测量进行了分析研究,讨论了提高测量精度的方法,发现浆氮技术应用于浆氢的研究具有较好的类比性。