卧式液氢贮罐内温度分层数值模拟

实验采用CFD技术,通过对静置卧式液氢贮罐内部物理场数值模拟,揭示了卧式贮罐内部温度场、速度场的分布规律以及气枕压力变化情况,分析了液氢温度分层形成的过程及原因。研究表明,卧式贮罐内液氢区域的传热方式为自然对流,自然对流边界层覆盖整个与液氢接触的贮罐壁面。在贮罐竖直方向上存在温度分层,液氢温度分布近似于高斯概率曲线。贮罐内部流动是一个不稳定状态,涡旋的位置也在不断变化。静置卧式液氢贮罐自生增压现象较为明显,压力增长曲线为非线性。     

液氢真空输送管路内漏问题分析

针对大口径液氢真空输送管三通部分出现内漏的问题,现场采取外管发泡的方法作为补救措施。为论证这一方法的可行性,以试验为基础,对外管发泡后的真空输送管在多工况下进行传热学和热力学的分析计算,得出传热系数、冷量损失、温升等参数的变化规律和极限值。     

鼓泡床内双组分颗粒流动行为的数值模拟

为了模拟预测粒径和密度同时存在差异的双组分颗粒体系的分级混合行为,基于欧拉-欧拉方法建立多流体模型,采用颗粒动力学理论描述颗粒相性质,分别通过Gidaspow和Syamlal曳力模型描述气-固相曳力和固-固相作用力。结果表明,模拟得到的轴向和径向颗粒浓度分布与实验数据吻合较好;当在较小气流速度下出现分级行为时,床层底部富沉积组分层中沉积组分的运动十分有限,而在较大气流速度下处于完全混合状态时,床层内部颗粒运动较为剧烈。     

液氢加注系统竖直管道内Taylor气泡的行为特性

针对液氢加注系统竖直管道内气液两相流实验化困难的问题,运用建模仿真的方法建立了竖直管道内Taylor气泡的运动模型,对Taylor气泡的形成过程、大小以及充分发展的Taylor气泡上升速度进行了研究.采用VOF方法对气液两相的交界面进行追踪,并引入CSF模型对两相间的表面张力进行计算.仿真结果表明:Taylor气泡是由...     

氧氮相变对液氢泛溢过程数值模型的影响分析

基于计算流体力学的方法,构建了大规模液氢泛溢情况下的两相多组分流动的NavierStokes方程以及湍流封闭方程,建立了大规模液氢泛溢的数值模型。利用美国国家航空航天局于1981年完成的大规模液氢泛溢实验的数据进行了模型验证,并比较了模型在考虑和未考虑氧和氮相变2种情况下的数值计算结果,发现考虑了氧和氮相变的数值计算结果,相比于没有考虑氧和氮相变的数值计算结果,更加接近实验结果。     

竖直通道内降膜流动数值模拟

降膜蒸发是一种高效的传热技术,平均液膜厚度是考察降膜蒸发传热性能的一个重要影响因素。本文基于VOF算法,建立了水和空气沿二维竖直通道降膜流动的CFD模型,模拟研究了液膜速度、工质种类、同向和逆向气流对平均液膜厚度的影响。结果表明：提高液膜速度会增大平均液膜厚度;气相工质对液膜厚度影响不大,而液相工质对液膜厚度影响较大,液膜厚度随液相黏度增大而增大;同向气流对入口段和发展段的液膜厚度影响不大,稳定段液膜厚度会随着同向气流速度的增大而减小;平均液膜厚度随逆向气流速度增大而降低,当逆向气流速度达到2.5 m/s后,气流速度对液膜厚度的影响减小。     

空间约束对液氢泄漏扩散过程的影响研究

基于计算流体力学方法,建立了大规模液氢泄漏扩散的数值模型,采用美国国家航空航天局(NASA)1981年的液氢泄漏实验数据验证模型可靠性。为了研究空间约束对液氢泄漏扩散过程的影响,在泄漏口上风向和下风向分别设置障碍物,模拟研究液氢泄漏蒸发形成的氢气云团的扩散过程,分析得到了云团的运动规律与云团浓度下降至低于可燃浓度的时间、云团扩散的最高和最远的距离等重要参数。对比无障碍情况下液氢泄漏扩散过程,发现在泄漏口附近设置障碍物能够使可燃氢气云团扩散达到的最大高度降低44.0%,同时云团在水平方向所达到的最远距离显著减少65.7%。并且发现在泄漏口上风向设置障碍物能够加快氢气云团的扩散速度,相比无障碍物工况氢气云团浓度降至低于可燃范围的时间缩短了15%,能够减轻发生火灾的风险;而在泄漏口下风向设置障碍物则使云团浓度降至低于可燃范围的时间相比无障碍工况延长64%,增加了发生二次事故的可能。     

非恒定浮升效应下冷氢气扩散特性

建立了描述开敞空间低温氢气扩散行为的三维数值计算模型,综合考虑非恒定浮升效应和大气风场边界层分布,研究氢气与空气的混合对流行为,并分析了气云温度变化对扩散过程的影响。结果表明,低温氢气在开敞空间的扩散过程表现为强制对流主导、强制对流和自然对流共同作用以及自然对流主导3种形式;在混合对流机制支配下,气云内部温度分布不连续,■比值数和云团形状也呈现出一定的周期性特征;在持续泄漏条件下,云团最远距离和最大高度最终达到周期性稳定状态。     

液氢空间贮存过程膜态沸腾数值模拟

为实现液氢在空间中安全高效应用,针对微重力条件下液氢膜态沸腾现象,建立了加热细丝浸没在过冷液氢池中的数值计算模型.采用VOF方法捕捉相界面,相变模型选取Lee模型,利用文献中的实验数据验证了模型的准确性.从气泡运动行为和换热特性两方面开展研究,结果发现液体过冷度和重力水平是影响换热机理的两个重要因素.在高重力水平、低液...     

液氢无损储存技术小型试验结果及分析

搭建了液氢无损储存技术小型试验系统,对试验系统进行了实际运行。基于课题第一阶段研究所建立的关于试验系统的氢工质数学模型,参照实际运行条件进行了数值仿真并与实际运行结果进行了对比。仿真结果与实际运行结果在压力变化趋势方面是一致的,但在变化速率方面表现出较大的差异。系统运行结果显示,液氢可以在系统内实现长时间无放空储存,证实了液氢无损储存技术的可行性。     

含气泡液体的非线性参数和气泡浓度

本文对含气泡液体的非线性参数与气泡浓度的相互关系进行了实验测量,测量结果与理论预期一致,这一结果可以作为用非线性声学测量方法估计含气泡液体中的气泡浓度与分布。     

液氢泄漏扩散数值模拟研究

通过ALOHA软件进行了不同风速、环境温度、泄漏量扩散模拟,分析了不同风速、温度、泄漏量条件下的扩散规律。结果表明,泄漏扩散距离随着风速的增大而变小,风速越大,泄漏扩散范围越小;泄漏扩散距离随着环境温度的升高而变大,温度越高,泄漏扩散范围越大;泄漏扩散距离随着泄漏量的增加而变大,泄漏量越大,泄漏扩散范围越大。将液氢蒸发和氢气扩散试验的体积分数数据与ALOHA软件模拟数据进行对比,结果表明:ALOHA软件对氢的体积分数值模拟结果具有良好的精度,在液氢泄漏事故应急中具实用性。     

逆流填料式溶液除湿器性能的数值模拟

对溶液除湿器中传热传质过程进行热力学分析,根据除湿塔的结构及溶液与空气的流动方式,建立除湿器的热质交换物理和数学模型,模拟计算除湿器人口空气和溶液参数对除湿器出口空气参数的影响,得到各入口参数对出口空气温度和含湿量的影响曲线。结果表明：空气出口参数与空气人口含湿量、温度和流量、溶液人口温度和浓度几乎呈线性变化;当溶液入口流量达到2．5kg／s后,空气出口参数的变化趋于平缓。     

基于多相流的LCM工艺气泡生成仿真

分析了液体模塑成型工艺（LCM）下织物预成型体中双尺度流动以及由此造成的空气裹入,进而产生细观及微观气泡的现象。基于多相流（VOF）方法建立了树脂空气两相流体在单胞内部流动的数学模型,并确定了该模型中多孔介质阻力源项和毛细力源项的具体形式。基于Fluent软件的UDF功能实现了上述两相流模型的数值求解,研究了平纹织物单胞中的两相流动以及2种气泡的生成过程。对Rovcloth 2454织物的气泡生成仿真结果显示,毛细数 Ca 对气泡的产生有决定性作用：当毛细数接近临界毛细数 Ca^c时,气泡产生量最低,而当Ca小于Ca^c时,容易产生细观气泡,反之容易产生微观气泡。通过与文献中的理论预测和实验数据对比,验证了本文算法的正确性。     

液氢加注系统氢气置换计算

为准确掌握火箭液氢加注系统氢气置换的具体参数,以火箭贮箱为研究对象,对液氢加注系统氢气置换过程进行数学建模,采用一元气体动力学方法计算得到氢气置换的次数、消耗量和充放气时间.通过分析计算不同放气终止压力对总时间的影响,建议将放气终止压力由0.11 MPa提高为0.14 MPa.