低溫流體熱分層及空化流動特性研究.pdf

1、液氫液氧等低溫流體作為火箭發(fā)動機的液態(tài)燃料在貯罐內的儲存與排放過程中會出現熱分層，造成貯罐壓力明顯上升，不但會影響流體的排放品質，也會給貯罐的排放工作帶來潛在危險。另外，流體在管道內的高速輸送過程中容易出現空化，這會對輸送管道造成嚴重的破壞。因此研究低溫流體在排放過程的溫度分布特性以及空化流動現象，對增強其應用的安全性以及提高以低溫液體作為燃料的能源動力裝置的性能具有十分重要的意義。本文針對小型臥式貯罐電加熱增壓排放過程的熱分層現象以及

2、低溫流體流經彎管時的空化問題進行了數值研究，主要工作內容如下:
　　(1)針對小型臥式貯罐的電加熱排放問題，建立了二維貯罐模型，以液氧為研究工質進行了數值模擬，得到其流場和溫度場的分布情況，通過分析貯罐內部溫度場的分布特性發(fā)現，加熱器的存在會對熱分層的發(fā)展具有明顯的抑制效果。
　　(2)以Rayleigh-Plesset氣泡方程作為推導基礎，考慮相變過程的熱力效應，通過求解相間的能量擴散方程和氣泡平衡方程得到了熱力學效應項的

3、表達式，建立了考慮熱力學效應項的低溫空化修正模型，對比分析了熱力學效應對低溫空化的影響。
　　(3)以圓形彎管作為研究模型，對液氫流經彎管時的空化現象進行了數值仿真，得到空穴形態(tài)分布云圖、空穴內部的溫度以及壓力變化規(guī)律、空穴長度隨著入口速度和出口壓力變化的曲線圖，分析了入口速度、出口壓力對液氫空化的影響；模擬了不同湍流粘度比條件下的空化情況，分析了湍流粘度比對空化熱力效應的影響；通過改變彎管角度方法進行了多組對比模擬，分析了彎管的