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低温表面莱顿弗罗斯特效应与管壁降温规律
1
作者 王磊 程诚 +2 位作者 田桂 李卓伦 厉彦忠 《航空动力学报》 北大核心 2025年第2期345-353,共9页
以莱顿弗罗斯特效应为判定标准,对比分析了金属结构采用不同表面改性技术对加速预冷的作用机理与降温效果。搭建了低温预冷试验平台,测试了微肋管的预冷规律。研究表明,微肋结构可在反环状流气膜内诱发径向分速度,通过激发界面波动或液... 以莱顿弗罗斯特效应为判定标准,对比分析了金属结构采用不同表面改性技术对加速预冷的作用机理与降温效果。搭建了低温预冷试验平台,测试了微肋管的预冷规律。研究表明,微肋结构可在反环状流气膜内诱发径向分速度,通过激发界面波动或液体撕裂促进液体与金属壁接触,能够有效抑制莱顿弗罗斯特效应的发生,实现预冷加速。微肋管可达到预冷耗时减少、液体消耗量节约的双目标。当采用微肋管时,因莱顿弗罗斯特效应被抑制,预冷中管壁温度近似线性降低。相较于光管预冷,微肋管预冷耗时减少50%~63%,液体消耗量节约59%~69%。在所研究工况内,微肋管预冷效率为7%~40%,光管预冷效率为10%~22%。研究可为高效利用低温推进剂提供可靠的理论支撑。 展开更多
关键词 低温推进剂 管路预冷 沸腾换热 表面改性 莱顿弗罗斯特效应
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近壁防晃隔板对空间低温推进剂贮箱自增压过程的影响
2
作者 魏列 杜王芳 +2 位作者 何发龙 李凯 赵建福 《中国空间科学技术(中英文)》 北大核心 2025年第2期51-60,共10页
空间低温推进剂贮箱长时间在轨运行期间,往往因壁面漏热使得贮箱内低温推进剂持续蒸发,引起贮箱内压力不断升高(即自增压现象),危及贮箱及航天器安全。为防止液体大幅度晃动,大尺度的空间贮箱内部会设置防晃隔板,后者可能对贮箱内气液... 空间低温推进剂贮箱长时间在轨运行期间,往往因壁面漏热使得贮箱内低温推进剂持续蒸发,引起贮箱内压力不断升高(即自增压现象),危及贮箱及航天器安全。为防止液体大幅度晃动,大尺度的空间贮箱内部会设置防晃隔板,后者可能对贮箱内气液流动与传热产生明显影响。采用VOF方法数值模拟了近壁防晃隔板对贮箱内气液两相流动及其热力学过程的影响,以便揭示防晃隔板对贮箱自增压过程的影响机制。不同重力环境部分充液贮箱内有无近壁隔板情形中液体晃动与热力学特征的数值模拟结果表明:贮箱内液面形貌决定于Bond数,远大于1的Bond数条件下液面基本保持水平,而Bond数小于1时液面会沿贮箱壁面爬升;近壁防晃隔板能够显著减少贮箱内工质质心的波动幅度;当近壁防晃隔板位于液面下方时,能阻碍近壁区液体暖流的上升,使得近壁区的液面温度偏低,自增压速率明显低于无隔板贮箱。最后,基于对近壁防晃隔板尺寸影响的仿真分析和比较,给出了不同重力条件下近壁防晃隔板的推荐结构。研究结果可以为空间贮箱流体管理技术的方案设计提供有价值的参考。 展开更多
关键词 低温推进剂贮箱 自增压 近壁防晃隔板 微重力 数值模拟
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低温液氧射流冷凝振荡特性及流型转变阈值研究
3
作者 祝乘风 徐元元 +2 位作者 雷刚 厉彦忠 王磊 《制冷学报》 北大核心 2025年第5期142-156,共15页
低温液体燃料运载火箭在飞行过程中常常会遇到纵向不稳定振动,严重威胁火箭的正常运行。这种振动现象具有典型的低频特性,常发生于推进剂管路中低温液氧射流冷凝过程。为了从源头上解决火箭低频振动问题,需要研究射流冷凝振荡特性及冷... 低温液体燃料运载火箭在飞行过程中常常会遇到纵向不稳定振动,严重威胁火箭的正常运行。这种振动现象具有典型的低频特性,常发生于推进剂管路中低温液氧射流冷凝过程。为了从源头上解决火箭低频振动问题,需要研究射流冷凝振荡特性及冷凝流型转变特征。通过引入高度函数法改进冷凝传质模型,实现相界面曲率分布的动态捕捉,建立了冷凝脉动频率与气液相界面曲率之间的关系,成功获取了9.8~10.6 Hz的低频振荡特性。研究结果表明:推进剂管路内存在3种典型的射流冷凝振荡流型:稳定脉动、气羽振荡、间歇回流。其中,回流和振荡流型压力幅值最高可达130 kPa,而稳定脉动的压力幅值仅为1~3 kPa。通过量纲分析可知,当无量纲结构参数L^(∗)=2.2时,射流冷凝流型转换阈值Jc^(∗)=7.3。当Jc^(∗)>7.3时,则会出现间歇回流振荡流型,此无量纲判据可准确表征低温液氧射流冷凝流型分布,为低温液体燃料火箭的设计提供了理论基础和技术支撑。 展开更多
关键词 低温液氧 射流冷凝振荡 流型转变 气液界面 流动不稳定性
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变过载下液氧贮箱内流体晃动与压力瞬变仿真研究
4
作者 李轲 黄仁建 +3 位作者 臧云天 汪彬 王磊 厉彦忠 《真空与低温》 2025年第1期31-38,共8页
运载火箭发动机空间关机后,液氧贮箱沿轴向的过载力迅速衰减,在径向过载力扰动下,可能导致箱内液氧大幅晃动及贮箱压力衰减。由此,本文建立了三维过载力瞬变工况下低温推进剂贮箱晃动仿真模型,且在模型中考虑了气枕、液相、金属壁之间... 运载火箭发动机空间关机后,液氧贮箱沿轴向的过载力迅速衰减,在径向过载力扰动下,可能导致箱内液氧大幅晃动及贮箱压力衰减。由此,本文建立了三维过载力瞬变工况下低温推进剂贮箱晃动仿真模型,且在模型中考虑了气枕、液相、金属壁之间的热质传递作用。对比分析了防晃结构以及气枕气体组分对箱内流体扰动与压力衰减的影响。研究结果表明:在轴向过载力降低后,径向过载力会造成箱内液氧大范围晃动,对比无防晃结构贮箱条件,水平与十字防晃板相结合的方式能够显著降低推进剂的晃动幅度,即十字隔板贮箱和全结构贮箱压降为0.141 MPa和0.137 MPa,降低23.8%和25.9%。晃动过程贮箱压力的衰减同时受气枕平均温度降低、气枕气体冷凝效应影响。当气枕存在氦气时,气枕的冷凝效应降低,造成压力降低速率减小。气枕为纯氦气或75%氦气工况下,贮箱的压降幅值约为0.047 MPa,小于纯氧气条件。所构建三维模型可指导低温贮箱空间流体管理、重复使用运载器返回过程推进剂流体管理等工程设计。 展开更多
关键词 低温流体 流体晃动 压力瞬变 数值仿真
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网幕通道式液体获取装置相分离特性低温实验研究 被引量：3
5
作者 王晔 杨光 +4 位作者 金鑫 耑锐 任枫 汪彬 吴静怡 《航空动力学报》 CSCD 北大核心 2024年第12期246-253,共8页
为研究网幕通道式液体获取装置的运行性能,搭建了以液氮为工质的液体输运实验系统,研究了网幕通道在稳定运行工况和临界泡破失效工况下的相分离性能。获得了不同网幕规格、不同气体暴露长度下通道总压损与液体流量的变化规律,分析了通... 为研究网幕通道式液体获取装置的运行性能,搭建了以液氮为工质的液体输运实验系统,研究了网幕通道在稳定运行工况和临界泡破失效工况下的相分离性能。获得了不同网幕规格、不同气体暴露长度下通道总压损与液体流量的变化规律,分析了通道相分离失效的临界压力以及最大液体获取流量。实验结果表明:通道总压降按照203×1600网、130×1100网和325×2300网的顺序逐渐增加,该趋势与多孔网幕自身的压降预测规律一致。网幕自身的泡破压力研究能够反映网幕通道的极限工作特性。实验证明在网幕规格的选择上,流动压损与泡破压力存在明显的博弈关系。重力因素对通道相分离性能的影响体现在重力静压损和气体覆盖率两方面,所获得的低温实验数据能够指导网幕通道的选型优化。 展开更多
关键词 低温推进剂 网幕通道式液体获取装置 相分离特性 液体在轨管理 多孔网幕
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贮箱内浆态低温推进剂沉降特性数值研究 被引量：2
6
作者 夏斯琦 谢福寿 +1 位作者 厉彦忠 郭琬 《西安交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期146-156,共11页
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... 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。 展开更多
关键词 浆氮 浆氧 浆氢 低温推进剂 数值模拟
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轻质烷烃混合流体固液平衡状态预测与致密化规律
7
作者 刘柏文 王磊 +3 位作者 上官石 厉彦忠 谢福寿 马原 《低温工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期67-72,86,共7页
对比分析了多种轻质烷烃类混合流体凝固温度预测模型,发现正规溶液模型具有较高精度。采用该模型分别针对甲烷-乙烷、甲烷-丙烷二元混合流体的凝固温度及密度提升率开展了仿真分析。结果表明,对甲烷-乙烷体系,当甲烷摩尔含量为0.72时,... 对比分析了多种轻质烷烃类混合流体凝固温度预测模型,发现正规溶液模型具有较高精度。采用该模型分别针对甲烷-乙烷、甲烷-丙烷二元混合流体的凝固温度及密度提升率开展了仿真分析。结果表明,对甲烷-乙烷体系,当甲烷摩尔含量为0.72时,体系达到最低凝固点,温度约72.90 K,相较于三相点纯甲烷,密度提升率为21.62%;对甲烷-丙烷体系,最低凝固温度存在于甲烷含量为0.66时,凝固温度为71.55 K,密度提升率34.48%。采用理想溶液模型预估了甲烷-乙烷-丙烷三元体系的混合特征。结果发现,当混合比为0.63∶0.17∶0.20时,凝固温度降至63.11 K,甲烷推进剂过冷潜能进一步提高。提供了3种混合流体相图,为液甲烷推进剂过冷制备、深度致密化提供了理论支撑。 展开更多
关键词 固液相平衡 共晶点 致密化 正规溶液模型
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液氢固空生长数值模拟及可视化实验
8
作者 张春伟 马军强 +3 位作者 郭嘉翔 余海帅 苏谦 陈静 《火箭推进》 CAS 北大核心 2024年第5期138-147,共10页
固空已成为制约液氢推进剂大规模安全应用的关键因素之一,但目前对于固空特性的了解仍有待深入。采用数值模拟和低温可视化实验来探究液氢固空的氧氮分布规律和生长特性。结果表明,相场模型可以准确模拟纯扩散和强制对流工况下的固空生... 固空已成为制约液氢推进剂大规模安全应用的关键因素之一,但目前对于固空特性的了解仍有待深入。采用数值模拟和低温可视化实验来探究液氢固空的氧氮分布规律和生长特性。结果表明,相场模型可以准确模拟纯扩散和强制对流工况下的固空生长及二次分枝过程。多晶核竞争生长时,固空会相互融合形成多晶共生体,二次枝晶还会增加融合点数量,而强制对流增加了液氢固空的危险性,富氧含量最高可达到53.3%。低温可视化实验装置能够有效观测液氢固空的全周期生长过程,当模拟气中的氧浓度为15%时,固空中的氧相对浓度可达到33.8%,证明了固空的氧富集特性。研究结果可为液氢推进剂安全使用体系的构建提供支撑。 展开更多
关键词 液氢推进剂 固空 相场法 可视化
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深度过冷循环低温推进剂贮箱温场特性分析
9
作者 张亮 汪彬 +4 位作者 李杨 李超 沙赵明 罗云 王文 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期137-144,共8页
以某型号火箭液氧贮箱为例,对液氧在深度过冷循环过程中贮箱的降温特性进行仿真计算。以液氮为模拟工质,搭建低温推进剂过冷循环原理性缩比试验系统,通过实验数据验证数值模型的准确性。仿真分析了过冷循环流量及回流形式对贮箱降温速... 以某型号火箭液氧贮箱为例,对液氧在深度过冷循环过程中贮箱的降温特性进行仿真计算。以液氮为模拟工质,搭建低温推进剂过冷循环原理性缩比试验系统,通过实验数据验证数值模型的准确性。仿真分析了过冷循环流量及回流形式对贮箱降温速率及热分层特性的影响。研究表明:由于一级液氧贮箱筒段较长,贮箱内流体混合更加充分,液体温度均匀性良好;对于二级贮箱,由于其轴向长度较短,从输送管回流的部分深度过冷液氧直接通过贮箱上部抽液口被吸出,发生循环短路,导致贮箱温度始终无法降至70 K,贮箱内温度分层明显,温度均匀性较差,在对贮箱结构进行优化后,贮箱降温速率和温度均匀性提升明显。 展开更多
关键词 低温推进剂 贮箱 深度过冷 外部循环 降温特性
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多层绝热微腔内非稳态放气特性实验研究
10
作者 于洋 谢福寿 厉彦忠 《低温工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期57-66,共10页
为了剖析低温火箭上面级的多层绝热(MLI)内残余气体的非稳态排放机制,设计了一套仿火箭升空/在轨瞬态变化模拟实验台,分析了孔隙群的结构设计、开口布局策略和间隔物的材料等参数对MLI内稀薄气体瞬态释放动态的复杂影响。结果表明:MLI... 为了剖析低温火箭上面级的多层绝热(MLI)内残余气体的非稳态排放机制,设计了一套仿火箭升空/在轨瞬态变化模拟实验台,分析了孔隙群的结构设计、开口布局策略和间隔物的材料等参数对MLI内稀薄气体瞬态释放动态的复杂影响。结果表明:MLI放气的弛豫时间十分缓慢,在仿飞行环境中持续放气超过270小时,最大层间压强依然大于约2 Pa。侧面反映出,MLI存在显著的残余气体寄生漏热问题。随着放气时长的延长,不同间隔物配置的MLI内压强差异逐渐增大。中心圆孔设计的MLI在放气效率上展现出明显优势,相较于偏离中心和边缘打孔的设计。此外,在相同的放气周期内,圆孔和一维缝隙结构的平均压强显著低于锯齿形MLI。 展开更多
关键词 多层绝热 升空 / 在轨过程 残余气体 瞬态放气特性
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低温推进剂管网系统中盲支管充填过程压力演化的模拟与水击特性研究 被引量：1
11
作者 陈琛 应媛媛 +2 位作者 王磊 朱钰吉 厉彦忠 《真空与低温》 2024年第5期595-602,共8页
低温推进剂管路充填过程可能发生剧烈的水击破坏,其形成机制、演化规律与常温水击差异显著。建立了低温液体充填常温管路压力演化的数值仿真模型,可实现大温差传热、气液掺混、流体相变等耦合计算,得到低温充填水击两相流态分布、热质... 低温推进剂管路充填过程可能发生剧烈的水击破坏,其形成机制、演化规律与常温水击差异显著。建立了低温液体充填常温管路压力演化的数值仿真模型,可实现大温差传热、气液掺混、流体相变等耦合计算,得到低温充填水击两相流态分布、热质转化与管内瞬变压力,探明了低温充填水击压力峰值的形成机制。低温充填水击时存在气相压缩、冷凝水击、振荡衰减及稳定蒸发等四个阶段,导致低温充填水击压力峰值有两个因素:液体惯性截止的反流作用和气体冷凝的水击作用,其中气体冷凝作用占主导。与常温充填水击相比,低温液体气液相变导致充填管路水击压力更高,压力衰减更快。如果忽略气液相变,管内氮气在液氮惯性冲击下被压缩,液氮动能逐步释放,以较低的加速度(354 m/s^(2))发生液氮冲击盲管末端,冲击压力值较低;如果气体冷凝作用显著,液氮充填过程管内氮气基本液化,失去了对高速液氮流的缓冲,导致液氮发生剧烈的流动截止现象,加速度可达1 102 m/s^(2),冲击压力值增大。当低温液体贮箱压力为0.2 MPa时,低温充填过程盲管末端最高压力值达0.843 MPa。 展开更多
关键词 低温管路 液体充填 冷凝水击 气液两相流 压力传播
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低温流体流动沸腾失稳预测模型
12
作者 匡以武 孟金龙 +1 位作者 张文胜 况康 《上海航天（中英文）》 CSCD 2024年第4期89-95,112,共8页
针对液氮等低温流体在通道内的沸腾两相流动失稳问题,建立了典型液氮沸腾流动失稳的动力学模型,基于非线性稳定性理论,对液氮沸腾流动稳定性进行分析,获得了流动失稳判据。基于失稳判据并结合液氮沸腾的流动特性分析,提出了以无量纲参... 针对液氮等低温流体在通道内的沸腾两相流动失稳问题,建立了典型液氮沸腾流动失稳的动力学模型,基于非线性稳定性理论,对液氮沸腾流动稳定性进行分析,获得了流动失稳判据。基于失稳判据并结合液氮沸腾的流动特性分析,提出了以无量纲参数表示的流动失稳预测模型。将模型预测结果与文献实验数据对比,在17个工况中,模型成功预测了15个工况的流动稳定性,准确率达88.2%。流动失稳的理论分析结果与实验吻合良好,能够用于液氮沸腾失稳的预测。模型分析结果显示:在液氮的沸腾失稳过程中,加速压降作用非常显著;相同长径比的通道,失稳边界基本重合;提高流体饱和压强有助于抑制流动失稳。 展开更多
关键词 两相流 低温流体 流动失稳 失稳边界 数值计算
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低温推进剂长期在轨压力管理技术研究进展 被引量：33
13
作者 刘展 厉彦忠 +1 位作者 王磊 赵志翔 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第3期254-261,共8页
从被动防隔热技术、混合控压技术、TVS排气技术、主动制冷技术等四个方面对国外低温推进剂蒸发量控制方面的研究状况进行了分类和总结。调研结果表明:(1)采用MLI材料对贮箱进行绝热处理,可将蒸发损失率降低至1.0%/天,当采用VDMLI时,可... 从被动防隔热技术、混合控压技术、TVS排气技术、主动制冷技术等四个方面对国外低温推进剂蒸发量控制方面的研究状况进行了分类和总结。调研结果表明:(1)采用MLI材料对贮箱进行绝热处理,可将蒸发损失率降低至1.0%/天,当采用VDMLI时,可进一步降低推进剂蒸发量损失;(2)增大喷射器喷射流体速度可有效破坏箱内热分层实现控压目的;(3)很小的过冷度就可以保证低温推进剂较长时间在轨无损储存;(4)喷雾棒型热力学排气系统比传统热力学排气系统能够更有效地实现低温贮箱的压力控制。本文工作可为我国深空探测低温推进剂管理提供技术参考。 展开更多
关键词 低温推进剂 热分层 压力控制 过冷度 TVS
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液体推进剂在轨加注技术与加注方案 被引量：19
14
作者 王磊 厉彦忠 +1 位作者 马原 谢福寿 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第8期2002-2009,共8页
梳理了推进剂空间加注的关键技术,介绍了不同流体空间加注的系统组成与加注程序,提出了我国开展相关研究的思路.研究表明:1气液相分离是实现推进剂空间加注的基础,常温推进剂可采用挠性隔膜或叶片式贮箱实现气液分离,而金属网状膜通道... 梳理了推进剂空间加注的关键技术,介绍了不同流体空间加注的系统组成与加注程序,提出了我国开展相关研究的思路.研究表明:1气液相分离是实现推进剂空间加注的基础,常温推进剂可采用挠性隔膜或叶片式贮箱实现气液分离,而金属网状膜通道式液体获取装置(LAD)在低温流体空间分离领域效果最佳;2低温推进剂空间加注需要结合空间热防护技术、蒸发量控制技术等;3常温推进剂采用排气型空间加注,低温推进剂采用无排气加注,且可借助热力学排气系统实现大充灌率加注;4我国可按照先常温后低温的思路开展研究,并充分借鉴现有实验平台与研究成果的支持. 展开更多
关键词 低温推进剂 在轨加注 运载火箭 蒸发量控制 深空探测
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过冷低温推进剂的性能优势及其应用前景 被引量：31
15
作者 谢福寿 雷刚 +2 位作者 王磊 邢科伟 厉彦忠 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第5期16-23,127,共9页
针对处于沸点温度以下过冷低温推进剂的特点,以热力学原理分析了过冷低温推进剂的性能优势及其获取方式,其热力学性能相对于饱和状态会有显著改善,如提高密度、降低气化压力和增加单位体积显冷量。在介绍了国外过冷低温推进剂研究与应... 针对处于沸点温度以下过冷低温推进剂的特点,以热力学原理分析了过冷低温推进剂的性能优势及其获取方式,其热力学性能相对于饱和状态会有显著改善,如提高密度、降低气化压力和增加单位体积显冷量。在介绍了国外过冷低温推进剂研究与应用的基础上,讨论了我国的研究现状和应用前景。理论分析和初步地面试验结果表明,过冷低温推进剂作为航天燃料应用于航天运载工具之中优势明显,可显著增加有效载荷,降低发射成本,延长深空探测任务时间,但对于实际应用中可能遇到的技术难题,应作进一步的深入研究。文中的研究结果对未来中国开展过冷低温推进剂的研究和应用具有一定的借鉴和参考意义。 展开更多
关键词 低温推进剂 过冷 燃料 有效载荷 发射成本
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低温推进剂蒸发量控制试验研究进展与展望 被引量：9
16
作者 刘展 厉彦忠 +2 位作者 王磊 晋永华 赵志翔 《低温工程》 CAS CSCD 北大核心 2013年第5期57-64,共8页
通过对美国马歇尔空间飞行中心(MSFC)及其合作单位在1990—2012年间所做有关低温推进剂蒸发量控制方面的试验进行回顾,分别从被动防绝热材料绝热性能测试、喷雾棒型热力学排气系统(TVS)控压试验、采用制冷机的主动冷却控压技术以及其它... 通过对美国马歇尔空间飞行中心(MSFC)及其合作单位在1990—2012年间所做有关低温推进剂蒸发量控制方面的试验进行回顾,分别从被动防绝热材料绝热性能测试、喷雾棒型热力学排气系统(TVS)控压试验、采用制冷机的主动冷却控压技术以及其它有关蒸发量控制技术方面对美国20年间所做试验研究进行了分析与总结,对美国未来空间探测低温流体管理计划进行了展望。 展开更多
关键词 低温推进剂 绝热材料性能测试 蒸发损失量控制 制冷机 TVS
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低温推进剂管路预冷沸腾换热特性研究综述 被引量：12
17
作者 王娇娇 厉彦忠 +2 位作者 王鑫宝 王磊 杨永忠 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第8期779-788,共10页
为探究低温推进剂预冷管路过程中非稳态两相流动与换热特性,通过文献调研与对比分析,综述了该领域研究进展。分类总结了影响预冷沸腾的主要因素,梳理了数值模拟研究结果,探讨了现有流动沸腾关联式对低温推进剂预冷沸腾过程的适用性,并... 为探究低温推进剂预冷管路过程中非稳态两相流动与换热特性,通过文献调研与对比分析,综述了该领域研究进展。分类总结了影响预冷沸腾的主要因素,梳理了数值模拟研究结果,探讨了现有流动沸腾关联式对低温推进剂预冷沸腾过程的适用性,并整理了微重力下低温流体预冷沸腾相关实验研究。研究表明:1)低温流体预冷沸腾可用典型沸腾曲线逆向描述,换热特性与两相流型分布与常温流体流动沸腾相比存在一定差异;2)质量流速、流动方向、工质物性等是预冷沸腾过程流动与换热特性的主要影响因素;3)传统流动沸腾换热关联式不适用于低温流体预冷沸腾换热研究,需进一步拟合低温流体预冷过程关联式。通过梳理低温流体预冷沸腾理论研究和实验进展,提出了开展相关研究的思路与方向,以期为低温推进剂的安全高效加注提供参考和理论依据。 展开更多
关键词 低温推进剂 管路预冷 沸腾换热 换热模型 综述
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低温推进剂过冷技术研究 被引量：16
18
作者 谢福寿 厉彦忠 +2 位作者 王磊 雷刚 邢科伟 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第3期762-768,共7页
综述了低温推进剂3种过冷方式(换热过冷、抽空减压过冷和冷氦气鼓泡过冷)的过冷机理,并对比分析了其利弊,在地面全过程过冷加注时推荐采用抽空减压过冷对低温推进剂进行冷却.基于热力学理论推导了低温推进剂抽空减压过冷时耗液量、制冷... 综述了低温推进剂3种过冷方式(换热过冷、抽空减压过冷和冷氦气鼓泡过冷)的过冷机理,并对比分析了其利弊,在地面全过程过冷加注时推荐采用抽空减压过冷对低温推进剂进行冷却.基于热力学理论推导了低温推进剂抽空减压过冷时耗液量、制冷量、抽空时间和泵最低抽速的表达式.研究得出低温推进剂耗液量主要用于自身温降,抵消外部漏热和贮罐材料比热容所占比例很小,如液氢自身过冷、材料比热容和外部漏热所占的相对耗液量分别为10.94%,0.38%,0.098%.推荐采用变物性算法来精确计算低温推进剂耗液量,可降低运载火箭发射成本,提高低温推进剂利用率,与现有公式对比,其相对误差为18%. 展开更多
关键词 低温推进剂 过冷技术 抽空减压过冷技术 耗液量 抽空时间
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考虑发动机冷却通道固壁内耦合导热影响的低温甲烷超临界压力传热研究 被引量：16
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作者 陈尊敬 王雷雷 孟华 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第1期8-18,共11页
在考虑发动机冷却通道固壁内耦合导热影响的情况下,开展了低温甲烷在矩形冷却通道中的超临界压力湍流换热数值模拟研究;仔细分析了热流密度及管道几何形状对低温甲烷超临界压力下的流动和传热的影响;得到了流体速度、壁面温度、壁面热... 在考虑发动机冷却通道固壁内耦合导热影响的情况下,开展了低温甲烷在矩形冷却通道中的超临界压力湍流换热数值模拟研究;仔细分析了热流密度及管道几何形状对低温甲烷超临界压力下的流动和传热的影响;得到了流体速度、壁面温度、壁面热流密度等参数的详细变化情况以及Nusselt数的变化规律。计算结果表明:在考虑流固耦合作用时,上壁面施加的热流有一部分会通过固体壁面内的热传导,经由侧壁面传入超临界压力流体,并且随着热流密度的增加,经侧壁面传导的热流所占的比例也会随之增大;减小冷却通道内截面的高宽比,可以提高超临界压力下的换热效果,但流动压降会大大增加,因此冷却通道高宽比的选择需综合考虑传热与压力损失的影响,可以引入热性能参数作为参考;修正的Jackson&Hall对流换热关系式基本可以适用于本文中的各种工况。 展开更多
关键词 超临界压力传热 主动冷却 甲烷 流固耦合 数值模拟
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长期在轨贮存低温推进剂过冷度获取方案研究 被引量：12
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作者 王磊 厉彦忠 +1 位作者 马原 徐孟健 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第11期2794-2802,共9页
增大低温推进剂入轨时的过冷度可显著延长低温燃料在轨贮存期限.通过文献调研与理论分析,介绍了4种低温推进剂过冷度获取方案的工作过程与研究现状,分析了不同方案的优缺点,在此基础上提出了我国开展相关研究的思路.研究表明:1为了减小... 增大低温推进剂入轨时的过冷度可显著延长低温燃料在轨贮存期限.通过文献调研与理论分析,介绍了4种低温推进剂过冷度获取方案的工作过程与研究现状,分析了不同方案的优缺点,在此基础上提出了我国开展相关研究的思路.研究表明:1为了减小过冷度获取成本,应采用先加注后冷却的操作程序,且制冷系统尽可能靠近目标贮箱;2液氧、液态甲烷可通过液氮池沸腾提供过冷度;3氦气喷射预冷消耗氦气量巨大,建议仅针对小型液氢采用此技术;4热力学低温流体过冷器(TCS)技术具有总体质量轻、投入能量少等优点,在液氢过冷度获取方面具有可观的应用前景.可为我国开展低温推进剂过冷度相关研究提供参考. 展开更多
关键词 低温推进剂 在轨贮存 压力控制 过冷液体 运载火箭
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