在轨运行低温液氢箱体蒸发量计算与增压过程研究

为了研究低温箱体在外部漏热下的在轨增压过程,采用FLUENT软件中的流体体积(VOF)方法,对AS-203飞行试验中低温液氢箱体进行数值模拟。通过对默认可实现k-ε模型进行参数调整,并与试验结果对比发现,调整参数后的模型可较好地预测低温液氢箱体在轨增压过程。因此,采用该模型对所研究低温液氢箱体进行500s增压数值模拟,计算结果表明:与气枕接触的壁面漏热绝大部分用来使箱体增压,小部分用来产生相变;在外部漏热下低温箱体压增速率约49.6Pa/s,箱体气液界面的蒸发率约为0.101 6%/h;在一定的微重力水平下,自然对流作用依然存在,其对流强弱主要取决于箱体尺寸以及外部漏热热流大小;在整个模拟过程中,气枕区热分层较之液相区更为严重;随着重力水平的降低,表面张力的作用逐渐凸显,界面形状变为曲面。     

基于阵列指向性分析的超声阵列设计

本文重点做了圆形阵列和矩形阵列的指向性分析,给出了阵列排列依据。分析了阵列换能器各参数对换能器声场的影响。分析了如何设置阵列的参数,在满足使用要求的前提下,实现最高性价比。     

在小型加压超流氦实验装置中实现超导体的传热测量

论述了小型实验装置中的低温超导体传热实验所具有的特点、存在的问题以及解决方法。通过对实验装置、测量元件以及测量线路几方面的分析和计算，并根据室温下预试验所取得的结论，合理地设计了测量系统，从而确保了低温超导体传热实验的可靠性和高效率。低温下（ＨｅⅠ，ＨｅⅡｓ及ＨｅⅡｐ中）的实验结果证实了理论分析的正确性和室温预试验的必要性。     

低温流体微重力池沸腾气泡脱落特性研究

研究微重力下的气泡动力学行为及其脱落特性是揭示微重力下流体沸腾换热机理的基础,而气泡处于空间复合弱力环境下,表现出不同于常规的特殊现象。以微重力下平板加热面上氢沸腾气泡为对象,展开了受力分析,考虑到Marangoni效应的影响,构建了受力平衡模型,进一步计算并分析了不同重力、压力、流体过冷度、壁面过热度下的气泡脱落直径。研究结果表明,当重力降低至某一临界值后,沸腾气泡存在3个不同尺度的脱落直径,且重力水平越低,气泡最大脱落尺寸越大,直径最大可达几十厘米。在常重力下,沸腾气泡仅存在0.01~0.1mm量级的脱落直径,压力对常重力与微重力下气泡脱落直径的影响差异显著,随着压力的升高,常重力气泡脱落直径不断减小,而微重力下最大气泡脱落直径有所增大;在微重力下,流体温度越低则过冷度越大,因此气泡最大脱落直径也越大,液氢过冷度每提高1K,最大气泡脱落直径增大约10%。当重力一定时,存在临界壁面过热度,且只有当壁面过热度超过该临界值时,沸腾气泡才会存在3个脱落直径。当压力越高、流体温度越低时,该临界过热度越小。     

液体火箭发动机自然循环回路预冷非稳态数学模型

针对液体火箭发动机自然循环回路预冷过程中的非稳态流动与传热问题,构建了一组涵盖主要传热工况的管壁与低温流体间的传热模型,耦合了循环回路的释热方程和低温流体间的流动传热方程,并采用二分法迭代求解自然循环回路预冷过程中的非稳态循环流量,建立了液体火箭发动机自然循环回路预冷的一维非稳态均相流动数学模型.与已有传热模型相比,在膜态沸腾阶段引入了反环状流膜态沸腾模型和弥散流膜态沸腾模型,保证了膜态沸腾从全液相到全气相过渡过程中物理意义上的逻辑自洽性,并以输送管为例,验证了液体火箭发动机自然循环回路预冷模型的有效性.     

新型运载火箭射前预冷液氧贮箱热分层的数值研究

针对新型运载火箭液氧贮箱的热分层现象,采用计算流体力学(CFD)技术对液氧贮箱内部的物理场进行数值模拟,揭示了贮箱内部温度场及速度场的分布规律,并分析了液氧热分层的形成过程及原因.研究表明:回流口截面以上区域的传热以对流方式为主,底部区域则主要是逐层导热;贮箱内部主体区域形成轴向温度分层,底部区域产生径向温度分层,最低温度区域偏移至底部封头右侧;气枕区形成逆时针速度旋涡,液相主体区产生顺时针速度旋涡,贮箱底部由于流场影响产生逆时针速度旋涡.     

基于液化天然气冷量的液体空分新流程

分析了空分装置中应用液化天然气(LNG)冷量的优势.从流程设计和现有流程改造的角度,分别提出了采用LNG冷量冷却循环氮气的液体空分装置的新方案,并采用Aspen Plus软件对其进行模拟计算.研究表明:与传统流程相比较,新方案采用LNG作为冷源冷却循环氮气后,可以代替氟利昂制冷机以及氮透平膨胀机组,取消了氮气外循环,系统得到简化,所需循环氮气量明显减少;系统最高运行压力由传统流程的4.2~5.0 MPa降低到2.3~2.6 MPa;液态产品的单位能耗从1.05~1.25 kW.h/kg降低到0.317~0.384 kW.h/kg.     

带有离散热源的竖直平板自然对流耦合传热研究

通过离散热源模拟板管式换热器的盘管,对竖直钢平板自然对流和导热的耦合传热进行了实验研究.结果表明:在控制加热热流和加热温度2种条件下,平板的温度呈波浪形分布,起伏的幅度随加热间距的增大而增大;采用平均加热壁温作为特征温度计算的自然对流平均Num和Ra的关系仍满足Num等于cRan,但常数c和n是加热间距的函数;在Ra为5×108~5×109的范围内拟合得到它们的关系式,误差约为±5%.对耦合自然对流的数值计算表明,平板壁面温度波动导致速度边界层增厚,局部传热系数也相应发生波动.     

用于冷中子源系统的氦制冷循环方案分析

为向冷中子源装置氢系统提供17．5K的低温冷源，设计了逆布雷顿循环的液氮预冷模式和4种膨胀机预冷模式，并对这5种循环模式进行热力分析和[火用]分析，获得了各循环模式下的主要热力参数并分析比较了各自的热力性质．结果表明：带液氮预冷和前置式并联膨胀机预冷2种模式的热力性能最好，[火用]效率最高；对于膨胀机预冷循环，并联模式优于串联模式，前置式优于后置式．循环系统[火用]损失部位主要在压缩机、膨胀机和换热器，减小这3部分[火用]损失的途径有以下方面：改善循环，减小系统氦的质量流量；提高压缩机的等温效率、膨胀机的等熵效率；改善换热器的内部温度、温差、压力分布及物流分配．本研究为中国先进研究堆冷中子源氦制冷系统的设计提供了数值基础。     

R600a/CO2一级分凝和二级分凝自复叠制冷循环的性能研究

基于天然工质应用于自复叠制冷循环的研究，对一级分凝和二级分凝自复叠制冷循环进行了理论分析，讨论了使用天然工质R600a／CO2作为非共沸制冷剂时制冷剂的配比、冷凝温度、蒸发温度和冷凝蒸发器冷凝侧出口过冷度对2种循环系统性能的影响．结果表明：2种循环均存在最佳的制冷剂配比，其中二级分凝循环还存在最佳中间温度；在一定的冷凝温度和蒸发温度下，二级分凝自复叠制冷循环与一级分凝自复叠制冷循环相比，性能系数大，单位质量制冷量大，压力比高；随着冷凝温度和蒸发温度的升高，二级分凝循环的性能系数提高得更多．