低温液体火箭发动机自然循环预冷过程研究

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作者 刘雪超 何建华 +5 位作者 韩旺 于浩 常志鹏 孙宪栋 曹冕 赵志浩 《载人航天》 北大核心 2025年第3期419-426,共8页

针对目前低温液体火箭发动机自然循环预冷过程中管道内部流场流动特性认识不足的问题,采用计算流体力学技术对自然循环预冷过程进行了二维瞬态数值模拟,并提出了一种提升自然循环流量的方法。结果表明:增压和增大回流管保温层厚度均会... 针对目前低温液体火箭发动机自然循环预冷过程中管道内部流场流动特性认识不足的问题,采用计算流体力学技术对自然循环预冷过程进行了二维瞬态数值模拟,并提出了一种提升自然循环流量的方法。结果表明:增压和增大回流管保温层厚度均会降低自然循环流量;循环流量较小时,输送管内会产生对流流动造成循环流量发生较大波动;在回流管处设置一段盲管可以增大自然循环流量,提升预冷效果。在建立的计算模型下,盲管不包覆保温材料时,循环流量提升高达63%。 展开更多

关键词 低温液体火箭 发动机预冷 自然循环 两相流 盲管

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复杂结构低温涡轮泵预冷特性集总参数仿真研究

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作者 秦毅 李耀阳 +2 位作者 李卓伦 刘刚毅 王磊 《西安交通大学学报》 北大核心 2025年第11期177-186,共10页

为实现火箭发动机低温涡轮泵预冷特性与规律的定量预测,解决AMESim软件无法准确预测预冷两相传热的技术挑战,开展了液氧涡轮泵预冷的集总参数仿真研究。首先,采用热容等效方法将涡轮泵复杂结构简化为环状管流模型,实现了涡轮泵壳与芯体... 为实现火箭发动机低温涡轮泵预冷特性与规律的定量预测,解决AMESim软件无法准确预测预冷两相传热的技术挑战,开展了液氧涡轮泵预冷的集总参数仿真研究。首先,采用热容等效方法将涡轮泵复杂结构简化为环状管流模型,实现了涡轮泵壳与芯体同步预冷求解;然后,将低温预冷两相流型判定与沸腾传热模型植入AMESim软件,建立了涡轮泵预冷多节点集总参数预测模型;最后,采用该预冷模型对复杂液氧涡轮泵预冷规律开展了变工况预示。结果表明:所建立低温预冷集总参数模型在预测预冷耗时时最大误差小于6.0%;液氧涡轮泵芯体预冷时间为壳体耗时的3.7%,因此泵壳预冷耗时决定了涡轮泵整体预冷进程;提高入口压力有利于强化流体与结构体间的传热速率,实现快速预冷,但会增加预冷过程液体消耗量。所建立的AMESim预冷模型为研究火箭低温发动机规律提供了一种新的方法选择。 展开更多

关键词 涡轮泵 低温预冷 集总参数仿真 沸腾传热

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补燃循环发动机强迫起动过程 被引量：23

3

作者 陈宏玉 刘红军 陈建华 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第12期3010-3016,共7页

以补燃循环液氧煤油发动机系统为研究对象,对其强迫起动特性进行了研究.建立了描述补燃循环发动机瞬变过程的数学模型,提出了求解推进剂供应管路瞬变流控制方程的Chebyshev伪谱方法.采用新的面向对象仿真语言Modelica,建立了可扩展的发... 以补燃循环液氧煤油发动机系统为研究对象,对其强迫起动特性进行了研究.建立了描述补燃循环发动机瞬变过程的数学模型,提出了求解推进剂供应管路瞬变流控制方程的Chebyshev伪谱方法.采用新的面向对象仿真语言Modelica,建立了可扩展的发动机仿真模型库,在MWorks平台上,利用模型库搭建了补燃循环液氧煤油发动机仿真模型.对发动机强迫起动过程进行了仿真计算,计算结果与试车数据基本相符,其中稳态相对误差小于4%,动态相对误差小于10%,初步验证了模型的正确性.进一步分析了火药起动器工作时间、阀门打开时序等因素对发动机起动过程的影响.结果表明,为保证该发动机可靠起动,发生器点火应在氧化剂头腔充填完成后,火药起动器工作时间应持续到发生器点火. 展开更多

关键词 液体火箭发动机 补燃循环 起动过程 Chebyshev伪谱方法 液氧/煤油

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推进剂管路充填过程的数值模拟 被引量：12

4

作者 陈宏玉 刘红军 刘上 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第3期561-566,共6页

基于一维管路瞬变流理论,利用特征线有限差分法,建立了推进剂供应系统管路充填过程的数学模型.利用坐标变换方法,将管路内液体与时间相关的求解区域变换为求解较方便的固定求解区域,很好地处理了模型的移动边界问题.对由贮箱、隔离阀、... 基于一维管路瞬变流理论,利用特征线有限差分法,建立了推进剂供应系统管路充填过程的数学模型.利用坐标变换方法,将管路内液体与时间相关的求解区域变换为求解较方便的固定求解区域,很好地处理了模型的移动边界问题.对由贮箱、隔离阀、管道组成的系统充填过程进行了仿真计算,并将计算结果与传统的采用特征线方法获得的结果进行对比分析,验证了方法的有效性.进一步研究了最大压力峰值的影响因素,结果表明:增多初始气体压力、减小贮箱压力、增多多变指数可有效减小最大压力峰值. 展开更多

关键词 液体推进剂火箭发动机 推进剂输送 特征线方法 坐标交换 数值模拟

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低温推进剂供应管路预冷充填瞬变流计算 被引量：27

5

作者 程谋森 刘昆 张育林 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2000年第5期38-41,共4页

研究了氢氧液体推进剂供应管路预冷充填过程瞬变流的计算方法。采用一维均相拟平衡态流体动力学模型 ,以统一的方程描述亚临界与超临界态流体流动。建立了涵盖主要传热工况的管壁与流体之间的传热模型。采用特征线差分方法求解管流方程... 研究了氢氧液体推进剂供应管路预冷充填过程瞬变流的计算方法。采用一维均相拟平衡态流体动力学模型 ,以统一的方程描述亚临界与超临界态流体流动。建立了涵盖主要传热工况的管壁与流体之间的传热模型。采用特征线差分方法求解管流方程。计算结果表明可以近似反映预冷充填过程的动态特性 ,为发动机系统设计与试验提供指导。 展开更多

关键词 低温推进剂火箭发动机 推进剂输送系统 非定常流

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基于谱方法的管路充填过程仿真 被引量：7

6

作者 陈宏玉 刘红军 +1 位作者 陈建华 刘上 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第9期2134-2139,共6页

基于一维瞬变流理论,建立了推进剂供应系统管路充填过程数学模型.提出采用Fourier谱方法求解充填管道中液体瞬变流控制方程的新方法.利用坐标变换方法,很好地处理了解算管内气液移动边界时,非线性迭代收敛速度较慢这一难题.对由贮箱、... 基于一维瞬变流理论,建立了推进剂供应系统管路充填过程数学模型.提出采用Fourier谱方法求解充填管道中液体瞬变流控制方程的新方法.利用坐标变换方法,很好地处理了解算管内气液移动边界时,非线性迭代收敛速度较慢这一难题.对由贮箱、隔离阀、管道组成的系统充填过程进行了仿真计算,并将计算结果与已发表的采用特征线方法获得的结果进行对比分析,表明该方法和仿真结果可信.进一步研究了预存气体压力、贮箱压力、多变指数等影响因素对最大充填压力峰的影响规律. 展开更多

关键词 液体推进剂火箭发动机 推进剂输送 水击 谱方法 数值模拟

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推进剂供应管路内液体瞬变流一维有限元计算 被引量：19

7

作者 程谋森 刘昆 张育林 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2000年第4期12-15,共4页

将液路计算中偏微分方程模型化成有限阶数的常微分方程组 ,由一维液体瞬变管流方程的特征线差分格式 ,提出了一种计算管腔互联结构形式的液体推进剂供应管路中瞬变流的一维有限元方法 ,它兼有特征线方法的特点。数值计算表明对单根等截... 将液路计算中偏微分方程模型化成有限阶数的常微分方程组 ,由一维液体瞬变管流方程的特征线差分格式 ,提出了一种计算管腔互联结构形式的液体推进剂供应管路中瞬变流的一维有限元方法 ,它兼有特征线方法的特点。数值计算表明对单根等截面圆管阀门关断问题的计算结果与特征线方法计算结果吻合。利用本文方法计算了一个模型发动机的脉冲工况动态过程 ,取得了很好的效果。 展开更多

关键词 液体推进剂火箭发动机 推进剂输送 瞬变流计算

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液体推进系统充填过程的有限元状态变量模型 被引量：17

8

作者 刘昆 张育林 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第1期19-21,共3页

研究了常温推进剂液体火箭发动机充填过程的建模问题。对推进剂充填管道系统进行有限元分割 ,应用基本守恒定律于充满推进剂的单元和充满气体的单元 ,两相单元则采用等效流容方程 ,建立了常温推进剂管道系统充填过程的有限元状态变量模... 研究了常温推进剂液体火箭发动机充填过程的建模问题。对推进剂充填管道系统进行有限元分割 ,应用基本守恒定律于充满推进剂的单元和充满气体的单元 ,两相单元则采用等效流容方程 ,建立了常温推进剂管道系统充填过程的有限元状态变量模型。模型面向液体推进系统动态过程控制与通用仿真。利用该模型 ,对一管道充填过程进行了仿真计算 ,给出了有关计算结果。 展开更多

关键词 液体推进剂火箭发动机 推进剂输送 管流 有限元法 状态空间法 仿真 供应管道系统 充填

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Chebyshev超谱粘性法在推进剂供应管路非定常流动分析中的应用 被引量：6

9

作者 陈宏玉 刘红军 +1 位作者 陈建华 刘上 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第5期804-808,共5页

基于一维管道瞬变流理论和数值谱方法,给出了求解推进剂供应系统管路内液体非定常流动控制方程的Chebyshev超谱粘性法。与常规谱方法相比,该方法有效地克服了由于解的间断或大梯度变化而发生的非物理振荡现象,而且在一定程度上加快了收... 基于一维管道瞬变流理论和数值谱方法,给出了求解推进剂供应系统管路内液体非定常流动控制方程的Chebyshev超谱粘性法。与常规谱方法相比,该方法有效地克服了由于解的间断或大梯度变化而发生的非物理振荡现象,而且在一定程度上加快了收敛速度,提高了计算效率。以一段两端分别连接贮箱和阀门的等截面圆直管为例,利用该方法对阀门关闭后管道内水击现象进行了计算,给出了相应的水击压力仿真结果,并分别与采用特征线方法和传统谱方法求得的结果进行了对比分析,验证了方法的正确性和优越性。 展开更多

关键词 液体火箭发动机 推进剂输送 超谱粘性法 数值模拟

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航天器推进系统管路充填过程动态特性(Ⅱ)实验模拟与结果评估 被引量：6

10

作者 程谋森 张育林 +2 位作者 姜春林 谢伦娅 熊玫 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2000年第3期1-5,共5页

针对某一具有工程背景的卫星推进系统 ,建立了一个包括抽真空设备的实验模拟系统 ,以水为介质进行真空充填过程实验研究 ,结果表明充填过程中存在较强水击 ;利用数学模型对实验室系统充填过程进行仿真 ,计算结果与实验测量值吻合 。

关键词 航天器推进系统 非定常流 水冲击 动态特性

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幂律型煤油凝胶在不同几何构型管道的流动特性数值研究 被引量：4

11

作者 曹琪 封锋 +1 位作者 武晓松 陈超 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第2期242-249,共8页

为了优化煤油凝胶供给管道和锥形喷注器设计,构建出幂律流体的二维/三维稳态层流的求解方法,采用基于FLUENT平台的SIMPLE算法进行求解,开展煤油凝胶的流动特性数值研究。推导出了推进剂在直圆管中各参数的解析解以及层流的动能修正系数... 为了优化煤油凝胶供给管道和锥形喷注器设计,构建出幂律流体的二维/三维稳态层流的求解方法,采用基于FLUENT平台的SIMPLE算法进行求解,开展煤油凝胶的流动特性数值研究。推导出了推进剂在直圆管中各参数的解析解以及层流的动能修正系数。研究结果表明:直圆管的柱塞流区域在管径不变时是固定的;为降低喷注器出口截面的平均表观粘度,需减小出口段长度;喷注器的收缩角选择在40°左右是较为合理的;弯管内存在双涡旋形式的二次流,且剪切速率和表观粘度的非对称性比速度的非对称性显著。 展开更多

关键词 兵器科学与技术 煤油凝胶 压力损失 动能修正系数 平均表观粘度 二次流 非对称性 幂律流体

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航天器推进系统管路充填过程动态特性(1)理论模型与仿真结果 被引量：16

12

作者 程谋森 张育林 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2000年第2期25-28,共4页

研究了航天器推进系统管路充填过程动态模型与计算方法。以一维管道瞬变流理论为基础 ,采用瞬变管流湍流频率相关摩擦损失模型计算管壁摩擦流阻 ,构造了管路分支流阻计算模型 ,考虑了液流撞壁后的蒸汽泡团释出与崩溃现象。数值计算采用... 研究了航天器推进系统管路充填过程动态模型与计算方法。以一维管道瞬变流理论为基础 ,采用瞬变管流湍流频率相关摩擦损失模型计算管壁摩擦流阻 ,构造了管路分支流阻计算模型 ,考虑了液流撞壁后的蒸汽泡团释出与崩溃现象。数值计算采用特征线方法 。 展开更多

关键词 航天器 推进系统 动态模型 管路充填 水击

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基于有限差分WENO格式的推进剂供应管路充填特性研究 被引量：4

13

作者 秦艳平 梁俊龙 +1 位作者 李斌 吴宝元 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第9期1759-1765,共7页

推进剂供应系统的充填特性对发动机起动过程控制具有重要意义,而供应系统管路系统复杂,需要具有边界协调性好、计算精度高、稳定性好的WENO格式。为了模拟充填过程液体压力的瞬变特性,将流动控制方程进行坐标变换解决移动边界的问题。... 推进剂供应系统的充填特性对发动机起动过程控制具有重要意义,而供应系统管路系统复杂,需要具有边界协调性好、计算精度高、稳定性好的WENO格式。为了模拟充填过程液体压力的瞬变特性,将流动控制方程进行坐标变换解决移动边界的问题。针对坐标变换后的流体瞬变流动控制方程,获得带源项的双曲方程组,利用基于特征变量的Roe类型高阶有限差分WENO格式建立了适用于推进剂充填过程的一维瞬变流动仿真模型。考虑稳态摩擦的情况下,对带气垫的推进剂充填过程利用WENO格式和显式特征线法进行了仿真,结果表明WENO方法的耗散小、预测结果更好。考虑了介质物性、摩擦系数、频率相关摩擦、多变过程指数等对充填过程的影响,研究结果表明瞬态摩擦模型和多变过程指数对水击压力的峰值和衰减过程有显著的影响。 展开更多

关键词 充填过程 高阶有限差分方法 频率相关摩擦 数值模拟

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推进剂供应管路充填过程研究 被引量：11

14

作者 程谋森 张育林 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 1997年第2期70-74,共5页

对预充气体和近真空的管道充填过程进行了研究，考虑流体可压缩性和管壁的弹性，以统一的方程形式处理液体和气体的流动；采用带插值的特征线有限差分方法进行数值计算，较好地描述了充填过程中的瞬变特性和水击现象。

关键词 推进剂输送 管道流 流动特性 火箭

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基于壁面滑移修正的凝胶推进剂流变本构方程 被引量：4

15

作者 曹琪 封锋 武晓松 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第9期1279-1283,共5页

为了调研壁面滑移现象对凝胶推进剂管道流动的影响,对凝胶推进剂及3种模拟液在直圆管中的流动进行了研究。对直圆管流动实验采集的流动数据进行壁面滑移修正,得到了壁面滑移速度公式。构建了考虑壁面滑移修正的幂律本构方程,计算出考虑... 为了调研壁面滑移现象对凝胶推进剂管道流动的影响,对凝胶推进剂及3种模拟液在直圆管中的流动进行了研究。对直圆管流动实验采集的流动数据进行壁面滑移修正,得到了壁面滑移速度公式。构建了考虑壁面滑移修正的幂律本构方程,计算出考虑滑移速度的沿程阻力系数和广义雷诺数及二者的关系。采用PIV实验并结合数值仿真,得到管道输送过程中的真实内流场速度分布以及壁面有滑移和无滑移的速度剖面图。研究表明:经过壁面滑移修正可见推进剂及模拟液幂律本构方程是唯一的;通过沿程阻力系数的计算和管道内流场PIV实验两方面验证了所用修正方法和所建流变本构方程的正确性和适用性。 展开更多

关键词 凝胶推进剂 壁面滑移修正 幂律本构方程 沿程阻力系数 广义雷诺数

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配置点谱方法求解推进剂供应管路瞬变流动 被引量：4

16

作者 陈宏玉 刘红军 刘上 《火箭推进》 CAS 2013年第4期24-29,共6页

基于一维管道瞬变流理论和数值谱方法,给出了求解推进剂供应系统管路内液体瞬变流控制方程的Chebvshev配置点谱方法,通过将"超谱粘性项"引入控制方程,有效地消除了由于解的间断或大梯度变化引起的数值振荡。以一段两端分别连... 基于一维管道瞬变流理论和数值谱方法,给出了求解推进剂供应系统管路内液体瞬变流控制方程的Chebvshev配置点谱方法,通过将"超谱粘性项"引入控制方程,有效地消除了由于解的间断或大梯度变化引起的数值振荡。以一段两端分别连接贮箱和阀门的等截面圆直管为例,利用该方法对阀门关闭后管道内水击现象进行了计算,给出了相应的水击压力仿真结果,并分别与采用特征线法和有限元法求解的结果进行了分析比较,论证了Chebyshev配置点谱方法求解推进剂供应管路内流体瞬变流的可行性。 展开更多

关键词 液体火箭发动机 推进剂输送 配置点谱方法 数值模拟

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RP-1煤油凝胶的制备与性能表征 被引量：2

17

作者 曹琪 封锋 +1 位作者 武晓松 余兴飞 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第5期979-984,共6页

为了研究凝胶燃料的流变机理和配方设计的基础理论,根据凝胶特殊的固-液形态,寻找凝胶化航空煤油RP-1需要的无机和有机凝胶剂,对其成胶机理、流变表征和稳定性进行研究,通过Brookfield流变仪测量流变参数,并构建出无机和有机煤油凝胶的... 为了研究凝胶燃料的流变机理和配方设计的基础理论,根据凝胶特殊的固-液形态,寻找凝胶化航空煤油RP-1需要的无机和有机凝胶剂,对其成胶机理、流变表征和稳定性进行研究,通过Brookfield流变仪测量流变参数,并构建出无机和有机煤油凝胶的HBE本构方程。结果表明:采用高速剪切分散比三辊研磨分散制备的无机煤油凝胶质量好;加入无水乙醇有利于凝胶剂A对煤油的凝胶化;无机煤油凝胶的物理稳定性受凝胶剂含量影响显著,实际应用选择6%和7%无机凝胶;所制备的煤油凝胶比典型的剪切变稀流体(0<n<1)的稀化能力更强;无机和有机煤油凝胶的复凝性很弱且不受凝胶剂含量的影响。 展开更多

关键词 煤油凝胶 成胶机理 物理稳定性 流变表征 HBE本构方程 触变性

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低温系统的预冷过程和计算 被引量：14

18

作者 符锡理 《低温工程》 CAS CSCD 北大核心 1998年第2期1-6,共6页

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预冷比耗液量计算图。利用计算图可以方便地计算预冷耗液量。

关键词 运载火箭 低温系统 预冷计算 预冷过程 预冷耗液量 推进剂加注系统

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加注过程中液氧的温升和液氧泵的变频调速技术 被引量：1

19

作者 符锡理 《低温工程》 CAS CSCD 北大核心 1998年第4期1-4,共4页

分析了用泵加注液氧的温升，给出了温升计算公式并举例做了计算。指出采用调速泵加注可以消除因节流引起的能量损耗，降低液氧的温升。最后介绍了用现代变频器实现加注泵调速的技术。

关键词 液氧加注 温升 变频调速 推进剂输送系统 液氧泵 运载火箭

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膏体推进剂在热管道内流动的建模与仿真

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作者 张家仙 郑亚 鞠玉涛 《南京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第3期312-314,319,共4页

为研究膏体推进剂供给管道受热后对推进剂的热稳定性及流动性能的影响,针对膏体推进剂在热管道内的流动情况,结合不可压缩N-S方程及幂律本构关系进行建模与仿真,获得膏体推进剂在热管道内的流动特性,分析了其流动时的受热状况。仿真结... 为研究膏体推进剂供给管道受热后对推进剂的热稳定性及流动性能的影响,针对膏体推进剂在热管道内的流动情况,结合不可压缩N-S方程及幂律本构关系进行建模与仿真,获得膏体推进剂在热管道内的流动特性,分析了其流动时的受热状况。仿真结果表明:膏体推进剂在热管道内的流速比在普通(绝热)管道快,并且管径和入口速度越小,流速增大越明显;近壁面膏体推进剂加热层厚度随着流速的增大而减小,随管径的增大而增大。 展开更多

关键词 推进剂 膏体推进剂 管道 流动 传热 仿真

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