低温射流抑制空间液氢储罐温度分层的数值研究

液氢是一种常用的沸点低、易蒸发的空间低温推进剂.空间微重力环境中浮力对流被极大减弱甚至完全抑制,当推进剂储罐壁面存在局部漏热时,储罐内部气液两相流会出现环绕漏热源的温度分层现象,引起局部过热沸腾,导致储罐内部压力急剧增大,危害系统结构安全.利用低温射流抑制温度分层现象是一种有效手段.低温流体通过设置在储罐内部的射流喷嘴与储罐内部的流体混合,消减局部高温,实现温度的均匀化.本文采用全充满的二维缩比储罐模型,对微重力条件下液氢储罐内局部漏热引起的温度分层现象进行数值模拟,分析低温射流条件对于消除微重力条件下液氢储罐内部温度分层效果的影响.

基于流动沸腾气泡脱落行为的重力无关性分析

在流动沸腾现象中,气液两相密度差异导致重力对流动和传热性能产生很大影响,因此重力效应研究对于流动沸腾的航天应用具有重要意义.在对Bower-Klausner-Sathyanarayan重力无关准则(BKS准则)分析的基础上,提出其判据存在理论缺陷,不能正确反映重力效应.采用与BKS准则相同的气泡脱落模型,但忽略气泡沿加热管壁的滑动效应,重新计算常重力条件下不同流动方向起始沸腾阶段单气泡的脱落尺寸,归纳得到一个新的基于Fr (Froude数)的重力无关准则.该准则与实验结果符合更好,且与主导作用力准则基本相符

零重力条件下低温射流抑制大尺寸液氢储罐热分层的数值研究

液氢是一种常用的沸点低、易蒸发的空间低温推进剂.空间微重力环境中浮力对流被极大减弱,当推进剂储罐壁面存在局部漏热时,储罐内部气液两相流体系会出现环绕漏热源的热分层现象,引起局部过热沸腾,导致储罐内部压力急剧增大,危害系统结构安全.利用低温射流抑制储罐热分层现象是一种有效手段.低温流体通过设置在储罐内部的射流喷嘴与储罐内部的流体混合,消减局部高温,实现温度的均匀化.采用全充满的二维大尺寸储罐模型,对零重力条件下液氢储罐内局部漏热引起的热分层现象开展了数值模拟,主要分析了位于靠近储罐底部的漏热带以及出口衔接段漏热带漏热形成的局部热分层现象的抑制和消除,并研究了不同低温射流条件对于消除零重力条件下液氢储罐内部热分层效果的影响.研究结果表明对于大尺寸储罐,当采用圆形射流喷嘴且低温射流条件相同时,射流喷嘴的位置对罐体内部热分层消除效果影响不是很明显.当射流喷嘴位于储罐内部同一相对位置且入射流量相同时,圆形射流喷嘴因出流方向更集中,罐内流场演变更快,消除热分层比半球形射流喷嘴更有效

多相热流体系统中的重力无关性准则

微重力多相热流体动力学是在航天(尤其是载人航天)事业快速发展推动下形成的一门新兴交叉学科,研究空间微、小重力环境中多相热流体体系的流动、传热与传质等基本规律及其应用,重力效应是关注的核心课题。本文系统分析和评述了多相热流体系统中重力无关性准则研究的主要进展,就基于主导作用力、流动沸腾中的单气泡行为以及气液两相环状流界面波和弹状流液泛现象等的3类重力无关性准则进行了详细的分析和讨论,以增强对其理论和/或经验基础的认识,进而开展更深入的研究,为航天应用多相热流体技术研发服务。同时,相关成果对地面常重力环境多相热流体系统(尤其是微通道多相热流体系统)相关技术应用也有着明确的指导意义