低温推进剂输送系统循环预冷非稳态数值模拟研究

针对某带引射装置的循环预冷系统,基于一维非平衡两流体模型,结合引射器模型建立采用交错网格与两步求解法,数值模拟并分析了整个自然循环(含引射增强)预冷非稳态进程,定量评价了循环流动特性、引射增强及预冷效果.数值模拟并探讨了循环预冷系统参数对预冷状态与过程的影响.     

某型氢氧火箭发动机射前预冷改进方案试验研究

为了简化射前操作流程,提高火箭发射可靠性,开展了针对某燃气发生器循环氢氧火箭发动机的射前预冷方案改进研究。研究使用了两台真实发动机,在向下倾斜45°的试验台上进行了8次真实介质下的预冷试验,其中6次进行了模拟任务剖面的预冷和点火试验。试验表明,某型氢氧火箭发动机射前预冷由增压预冷改进为大流量自流预冷的方案是可行的,改进后预冷时间能够满足发射流程的要求,可以最大程度上避免液氧供应管路发生"间歇泉"不稳定现象。通过模拟任务剖面进行预冷试验,表明发动机点火前氢、氧系统均能达到预冷好条件,但氧涡轮端轴承后温度比改进前偏高。6次点火试验表明,改进后的射前预冷方案未对发动机点火、起动过程造成明显影响。     

氦气/液氧喷射泵水调试验

在水调试验台上对自行设计的氦气/液氧喷射泵进行了试验研究.研究结果表明,在其它条件相同的情况下,随着氦气耗量增加,液氧流量呈先增加后减小趋势,其最大值对应的氦气压力比为1.62-2.95,引射效率约100-160.实践表明,水调试验结果与预冷循环系统调试结果基本一致,为预冷循环系统喷射泵设计提供了高可靠的模拟环境.     

基于自然循环预冷过程高效低温传热方法的初步研究

提出将自然循环预冷法与低温热管技术有机结合的设想,综合自然循环和低温热管的优点,可以实现连续、快速冷却,保证被冷却物体的温度波动较小,同时具有自反馈功能.详细介绍了基于自然循环预冷及低温热管的高效低温传热单元的设计及初步试验结果.给出了该低温传热单元在微机械(MEMS)电源开发中的应用实例.     

低温推进剂火箭发动机循环预冷系统喷泉非稳现象的数值研究

通过数值模拟,分析了低温推进剂(液氧)火箭发动机循环预冷系统中喷泉非稳现象的过程与机理;计算分析了不同影响因素下的喷泉现象及行为规律;同时,参照针对竖直立管的喷泉失稳边界Murphy曲线,对比探讨了输送管几何与保温参数影响下的自然循环预冷回路的喷泉稳定性边界;进一步地,针对特定循环预冷回路,数值分析并验证了消除喷泉效应的有效措施.     

一种固体火箭发动机喷管摆动冷流缩比试验方法

针对研究喷管摆动工况下扩压器工作特性的试验中存在:喷管摆动难以实现;若以高温高压蒸汽或者燃气作为引射介质,虽引射效率高但耗费巨大的人力物力等问题在发动机研制初期很难被采纳。该文提出一种以扩压器摆动等效喷管摆动,以冷空气作为引射和被引射介质的简化试验方法。数值计算结果与试验结果符合较好,试验方法经济实用,操作简单,可以作为摆动喷管固体火箭发动机研制初期的试验手段。     

低温液体火箭发动机模拟预冷过程的传热与压降

介绍了低温液体火箭发动机模拟预冷实验的装置及测量系统，报告了预冷实验的过程及结果，并进行了分析和讨论。     

引射吸收式制冷循环

提出了引射吸收式制冷循环。它可以强化吸收,而且可以扩大吸收式制冷的应用领域。分析了引射吸收式制冷循环,提出了参数选择方法,分析了影响引射式吸收制冷循环中吸收过程的因素并与喷淋吸收过程进行了比较。     

一种新型喷射混合器结构设计及应用的实验研究

为了提高喷射混合器的容积引射系数以满足混合升压式制冷复合循环间冷系统的需求,提出了基于经验公式的喷射混合器结构的设计方法,并设计出不同喷嘴布置的工作喷头,采用正交试验研究的方法对喷射混合器的容积引射系数进行了测量。     

詹姆斯·韦伯太空望远镜中红外仪低温制冷系统的流程分析及优化

针对詹姆斯·韦伯太空望远镜的中红外仪冷却系统中J-T节流循环的热力学计算分析结果表明,适当地降低末级预冷温度、提高压比和提高末级间壁式换热器效率是J-T节流循环制冷性能提升的关键。考虑该复合型低温制冷机的整机效率,结合当前脉管制冷机和驱动J-T节流循环的线性压缩机的性能水平,探讨了预冷温度和J-T节流循环压力的优化方法。计算结果表明优化后的预冷温度和J-T节流循环压力使复合型低温制冷机的性能高于原预冷温度和J-T节流循环压力下性能的计算值,实际具体的脉管制冷机和J-T节流循环压缩机性能是实现准确优化的必要条件。     

用于低温设备的液氮分配系统

液氮分配系统中包括强制循环系统和重力输送自循环（自然循环）系统,重点介绍重力输送自循环（自然循环）液氮系统的性能和特点,分析出自然循环液氮系统是稳定、可靠、低液氮消耗和较高效率的系统。分配系统降低了工作温度,可以不用液氮泵,减少了系统中的阀门。设计自然循环系统前,要进行系统的热和液压分析,在自然循环系统设计中,系统的分析和预测是非常重要的,因为通过分析和验证才能保证系统内任何地方蒸发率都不超过10％,这可以明显减少设计风险。自然循环液氮系统已在多种低温设备中得到应用。     

用于环形正负电子对撞机探测器超导磁体的小型氦虹吸回路实验与数值模拟研究

在探测器超导磁体的低温系统预研中,搭建了小型的氦虹吸冷却回路实验系统,进行了气-液两相沸腾和传热特性实验研究,并利用VOF多相流模型模拟计算了氦的热虹吸自然冷却循环过程和过热烧干过程。在相同条件下,模拟计算结果与实验数据进行了比较,模拟计算得到的的温度分布、璧面过热度与实验测量数据符合度较好。     

Geysering inhibiting research for single feeding-line in cryogenic propellant transfer system

The main purpose of this paper is to use an external recirculation pipe to inhibit geysering phenomenon in cryogenic propellant transfer system. Inhibiting geysering phenomena in the long vertical cryogenic feeding-line is very important to both the system designers and the operators because they may be latent catastrophic failure(s). Separated-flow model has been used in numerical simulation. Considered the numerical simulation results and the experimental conditions, an experimental set-up using liquid nitrogen (LN₂) as working fluid has been built to simulate the recirculation in the long vertical cryogenic feeding-line.From the experimental results, it is clear that the natural circulation occurs in the recirculation system utilizing the external recirculation pipe and geysering phenomenon is inhibited. Adding external recirculation pipe to normal feeding-line system can be an effective method to reduce or eliminate geysering in cryogenic propellant transfer system.     

含二氧化碳和水蒸气的氮气增压输送液氮模拟试验

进行了低温液体火箭推进系统的液氧箱自生增压输送过程的模拟试验，专门设计加工了液氮箱增压输送模拟试验台，试验得出了液氮增压输送过程中温度、压力、流量的变化规律以及含饱和CO2、H2O的氮气通过过滤器时，对系统的流量和压降的影响。指出为保证低温流量计测量准确，必须重视在避免管路中出现两相流方面采取措施。试验结果表明，本试验装置能有效地进行含CO2、H2O(气)的氮气增压输送试验，保证了试验的圆满成功。     

高精度低温介质稳态质量流量、液位自动测量系统

介绍一种高精度低温介质稳态质量流量、液位自动测量系统,该系统包括液面计、密度计、二次仪表、采集系统、微机系统等,可通过计算机对低温介质贮箱中的液位进行实时监测,并能计算低温介质的稳态质量流量。该系统对液氧液位实时监测的精度可达到3％,对液氧稳态质量流量测量的精度可达到0．473％。     

水平冷表面上结霜发生随机性研究

水蒸气在冷壁面上的结霜是制冷、低温领域普遍存在的问题。过饱和的水蒸气有两种相变途径，一种是气液固相变；一种是直接气固相变。气液固相变经历气液相变和液固相变两个阶段，实验研究表明其发生具有随机性。在前人实验研究的基础上，从理论上给出了液珠半径随时间的增长规律，并进一步得到了冷壁面自然对流情况下结霜发生概率随时间的变化关系式。     

Experimental study on natural circulation precooling of cryogenic pump system with gas phase inlet reflux configuration

A novel gas-phase inlet configuration in the natural circulation system instead of the liquid-phase inlet is introduced to cool down a cryogenic pump system from room temperature to cryogenic temperatures, effectively. The experimental apparatus is illustrated and test process is described. Heat transfer and pressure drop data during the cool-down process are recorded and portrayed. By contrast with liquid-phase inlet configuration, experimental results demonstrate that the natural circulation with the gas-phase inlet configuration is an easier and more controllable way to cool down the pump system and maintain it at cryogenic temperatures.     

低温液体热分层特性分析

通过对自然对流的产生及形成过程的描述,分析了低温液体热分层的形成机理及发展规律,并结合低温液体热物性,阐述了产生低温液体热分层的前提条件及影响热分层发展速率的主导因素.分析表明,低温液体热分层是自然对流和热物性参数综合影响的结果,液体的饱和温度越低,热分层现象越严重.     

低温系统的预冷过程和计算

对低温系统的预冷过程做了分析，研讨了各种因素对预冷过程的影响，介绍了预冷耗液量计算公式的推导，给出了LHe,LH2,LN2和LO2预冷耗液量计算图。利用计算图可以方便地计算预冷耗液量。     

低温容器的研制

着重介绍了低温高压液氢容器和全包式预冷夹套低温容器的结构，容器分为三导：外容器是真空容器，夹套容器是预冷介质容器，内容器是低温介质容器。容器可用液氮预冷，大大节省预冷液氢，全包式的预冷夹套液氢容器，使预冷夹套发挥最大作用，其关键是使用了锥筒式支承，锥筒小端支承在内容器颈管上，大端支承在外容器上，在内容器上没有任何支耳和凸台，透用于带预冷夹套低温容器和多层绝热低温容器。