低温储罐预冷过程预测

为了能输送和存储单相低温液体,保证输送管道和低温储罐的安全,预冷过程不可或缺。对预冷时间、预冷介质消耗量进行预测有利于指导实际操作。从热力学基本理论出发,采用稳态与变热导率的热力学分析方法,建立储罐预冷时间与预冷介质消耗量数学模型,推导了储罐温度随时间的变化关系,探讨进口流量与预冷时间、预冷介质消耗量之间的相互影响。将不同的计算方法相结合,指导选取最佳预冷流量。     

新型低温高压液氢容器的夹套预冷计算

提出了一种新型的低温高压液氢容器结构,并对其中的夹套结构进行了工程设计、预冷分析及预冷计算,从而说明采用夹套结构可以节省昂贵的液氢,此液氢容器结构也适用于贮存液氧。     

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。     

液氧加注数值计算模型

低温容器的挤压加注是一个复杂的动态过程.运用流动及传热学方程式,对一个圆柱形液氧储槽的加注过程进行了数值模拟与分析.计算域包括储槽内部,加注管路和侧满管路,通过程序仿真得到加注过程中加注流量、储罐内液体的充满率、储罐内的压力随加注时间的变化规律.算例表明,模型有一定的适用性,准确体现了加注压力对整个加注过程的影响.得到的计算数据为实际加注过程提供较可靠的依据.     

循环预冷气液两相流压降特性及引射气等效研究

分析了液体运载火箭低温动力系统循环预冷的驱动力,总结了管路内气液两相流动压降的主要计算方法,深入研究不同工况垂直管路上升低温气液两相流压降各组成部分比例情况及影响因素,得到了气液两相流不同气体组分间压降等效转化关系,并利用计算模型与实验数据进行了对比验证,为低温动力系统循环预冷工程应用和仿真分析提供参考。     

喷射泵-液环泵联合抽空液氧过冷方案仿真研究

采用微元方法对液氧抽空过冷的传热传质过程进行仿真模拟,分析了喷射真空泵工作流体流量和压力、最低被引射流体压力和初始液位对于液氧抽空过程的降压特性、抽空时间及剩余液位的影响,获得喷射真空泵与液环泵联合抽真空的液氧过冷系统最佳工作条件:针对本研究液氧贮存系统,当储罐初始液位95%时,采用喷射真空泵工作流体流量为0.25 kg/s、喷射压力为5 MPa,最低被引射流体压力为34.35 kPa,后采用抽速5 m~3/min的液环泵,可以18小时内将60 m3的液氧储罐抽空至10 kPa,且剩余液位达75%以上。     

低温管路系统预冷过程仿真研究

低温液体在通过管路系统传输前,需对管路系统进行充分预冷,以避免低温液体在输运过程中出现气液两相,造成潜在的危害。基于多学科仿真平台AMESim中的Steiner流动沸腾换热模型,采用液氮作为预冷工质分析管路系统的预冷过程,重点研究进口压力、脉冲流频率及脉冲比率对管路系统预冷效果的影响。分析表明,在计算范围内,随着进口压力的增大,管路的预冷效率逐渐降低。因此,实际预冷过程中在满足流体输送要求时可以适当降低进口压力来提高预冷效率;脉冲流的预冷效率随脉冲频率的增大,先增大后趋于稳定,随脉冲比率的增大而减小。研究结果对于提高预冷效率、降低资源消耗、确保预冷过程安全进行,具有一定的指导意义。     

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.     

液氧煤油火箭发动机排放预冷数值仿真

针对预冷过程中输送系统和发动机流道内沸腾传热和两相流动过程,建立一维二流体模型。以某液氧煤油发动机为原型,对不同气枕压力、排放管径和空中排放时间条件下排放预冷过程进行仿真,分析进出口温度以及流量特性的变化情况,结果表明增大排放管径和排放压力均可以增强预冷效果,而空中排放预冷时达到同样预冷效果所需的推进剂量则与管径大小无关,并且预冷效果受到地面状态的影响。     

基于温度突变模型的冷屏预冷时间计算

为了优化冷屏的预冷系统设计,引入了温度突变模型来分析冷屏的预冷问题。首先介绍了温度突变模型的基理,阐述了将冷屏简化成低温液体输运管的思想。然后对一个大型空间模拟环境试验舱的低温泵氦板预冷系统进行了研究,利用温度突变模型计算得到其理论预冷时间和实际测得的时间相吻合,证明了该模型是可行的。还提出为原始的温度突变模型添加一个修正系数的思想,以便让该模型更加适用于冷屏的预冷过程分析。     

火箭发射场新型低温加注系统加注过程仿真研究

以某火箭发射场新型液氧推进剂地面加注系统为对象,将整个系统简化为地面储罐、箭上贮箱、输送管路,分别建立热力学模型,并依据边界条件耦合分析,实现了加注过程的瞬态仿真。针对液氧加注过程开展了计算分析,并就影响加注性能的主要因素开展了变工况分析与讨论。     

自增压器初始增压过程的研究

阐述了低温储罐注液后自增压器的初始启动过程及其设计原理,提出了设计步骤并进行了试验研究和公式推导。得出了低温液化气储罐自增压器的部分结构参数对启动过程的影响趋势。     

开架式气化器换热管预冷过程传热数值模拟

换热管作为开架式气化器的基本换热单元,工作时存在从环境温度降至低温的预冷过程,采用数值模拟的方法,对开架式气化器换热管预冷过程进行数值模拟,得到管内流体温度场和速度场变化情况。分析发现:预冷过程中,海水膜厚度越厚,换热管内流体平均温度和平均速度越高;进入稳定换热后,海水膜厚度不再影响换热管内流体温度场和速度场的分布。结果有助于指导实际的预冷操作,对缩短预冷时间,提高预冷效率,减小海水用量,降低运行成本有意义。     

致密化液甲烷/液氧作为推进燃料性能评价分析

为深入论证致密化低温推进剂带来的收益,系统性地分析了致密化液甲烷/ 液氧作为推进燃料的综合性能。 构建了推进剂贮箱漏热、温升、增压压力、壁厚的动态热力模型,针对不同尺寸的液甲烷 / 液氧贮箱组合,分析了致密化液甲烷/ 液氧对燃料停放温升、发动机推力提升、贮箱增压压力降低、贮箱质量减轻的影响。 并提出了致密化液甲烷/ 液氧过冷程度匹配问题,考虑燃料的充分利用与发动机的推力提升,得出了液甲烷/ 液氧最佳致密化程度的一一对应关系。 研究表明,常沸点状态液甲烷 / 液氧过冷至三相点状态可分别相对减少 75. 3% 与 62. 4% 的增压氦气消耗,同时减轻液甲烷贮箱 16% 的质量与液氧贮箱 31% 的质量;推进剂体积流量不变时可获得三相点状态液甲烷所对应液氧最佳过冷温度为 73. 7K,发动机推力可相对增加3. 4%;液甲烷燃料充足时,三相点状态液氧可提升发动机 6. 9% 的相对推力。     

过冷液氧增压排液过程数值模拟研究

为探究大容积贮箱中过冷液氧增压排液过程的热力学特性,基于流体体积法(VOF)和蒸发冷凝模型,构建了过冷液氧排出过程的数值模型。采用文献的实验数据验证了数值模型的准确性,并开展了变流量进气增压排液过程的罐内流场特性分析。研究结果表明,过冷液氧排出过程蒸发冷凝对气枕压降影响显著,采用变流量进气增压的方案能够较好地保持气枕压力稳定,使得气枕压力在3%以内波动。排液过程中,过冷液氧先升温明显,增压随着排液进行,贮箱气枕区域会出现涡状流,气体温度在水平方向有一定波动。     

基于热不平衡两流体模型气氧射流冷凝过程研究

建立了氧气在液氧流体中流动冷凝过程的一维热不平衡两流体六方程模型,提出了气泡冷凝模型,对过热蒸气状态方程,相界面受力方程也进行了改进。研究了高温气氧射流冷凝过程的气液两相分布特性,包括两相流速分布,声速分布以及冷凝特征长度L/d。分析了气液流量比,液氧温度和压力对气氧射流冷凝过程的影响,得出了提高液氧过冷度能够减小气氧射流冷凝特征长度。获得了冷凝特征长度凝结关系式,仿真结果与气氧射流冷凝试验结果一致,验证了热不平衡两流体模型求解气氧射流冷凝问题在较大工况范围的适应性。     

结霜工况下空温式翅片管气化器传热试验研究

为深入掌握低温液体在空温式翅片管汽化器内的气化情况以及其与翅片管表面霜层生长的相互影响规律,以液氮为介质进行了低温液体在空温式翅片管气化器内的气化试验。通过热电偶和刻度带分别对翅片管上不同位置的温度和霜层厚度进行了测量,并分析了翅片管表面霜层的生长规律及翅片管内低温液体的流动特性。结果表明:气化器表面结霜过程受冷表面温度影响较大,冷表面温度越低,结霜速率越大,霜层越厚。结霜工况下的气化器工作状态分预冷和稳态两种工作状态。预冷工作状态低温液体进入气化器后迅速气化,其过程包含气液两相和单气相两个换热段。稳态工作状态低温液体在气化器内气化经历单液相、气液两相、单气相三个换热段,单液相段翅片管表面结霜最为严重,单气相段翅片管表面无霜晶形成。因此认为,可通过分状态分段设计空温式翅片管气化器从而减弱结霜对翅片管传热的影响,提高气化器换热效率。     

内压缩流程中高压空气压力和流量的选取

利用BOC的GTC物性软件,在Excel电子表格中,建立了内压缩流程空分设备液氧汽化过程中,冷热流体间的温差分布及因传热温差而产生损失的计算模型。说明了计算模型建立过程中的一些问题,利用所建立的计算模型,计算出了内压缩液氧与高压空气单独换热时,不同的液氧压力,使损失最小的高压空气压力;计算了用组合式换热器汽化3MPa液氧时,膨胀空气量、膨胀空气的压力和温度、内压缩低压液氧量、内压缩液氮量等参数变化对高压空气压力和流量的影响,得出了一些结论。     

CO_2-C_3H_8复叠低温预冷系统的理论分析及优化设计

设计了一个低温级带回热器的CO2-C3H8复叠制冷循环低温预冷系统(213 K),并进行了低温预冷系统的参数选择和优化设计.该系统高温级循环采用CO2、低温级循环采用C3H8作为循环工质.通过对该系统的理论计算,得出了中间温度、复叠温差及低温级蒸发器冷端温差对系统性能系数的影响曲线;通过进一步的优化分析获得了系统最佳中间温度及对应的系统性能系数COP与复叠温差-低温级蒸发器冷端温差以及制冷温度-冷凝温度的关联式.     

液空(氧)吸附器预冷系统改造

哈尔滨气化厂空分分厂 ,现有三套空分装置 ,两套“一万二” ,一套“六千” ,全为低压、切换板式自清除流程 ,生产双高产品。众所周知 ,吸附器在空分装置中的作用是清除乙炔及其他部分碳氢化合物。在每套设备中共有一对液空吸附器、一对液氧吸附器 ,每对交替再生使用。依据说明书 ,以及同类厂操作经验 ,我厂吸附器再生预冷操作大体如下 :用吸附器出口阀预冷 ,预冷结束后进行并联 ,然后导换、切出、排液、静止、冷吹、加热、冷吹 ,至投入备用。在这几个过程中 ,存在着一些问题。下面就这些问题来谈谈其原因及改造方法。1　存在问题及原因1 1　…