低溫流體熱分層及空化流動(dòng)特性研究.pdf

1、液氫液氧等低溫流體作為火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的液態(tài)燃料在貯罐內(nèi)的儲(chǔ)存與排放過程中會(huì)出現(xiàn)熱分層，造成貯罐壓力明顯上升，不但會(huì)影響流體的排放品質(zhì)，也會(huì)給貯罐的排放工作帶來潛在危險(xiǎn)。另外，流體在管道內(nèi)的高速輸送過程中容易出現(xiàn)空化，這會(huì)對(duì)輸送管道造成嚴(yán)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(dòng)現(xiàn)象，對(duì)增強(qiáng)其應(yīng)用的安全性以及提高以低溫液體作為燃料的能源動(dòng)力裝置的性能具有十分重要的意義。本文針對(duì)小型臥式貯罐電加熱增壓排放過程的熱分層現(xiàn)象以及

2、低溫流體流經(jīng)彎管時(shí)的空化問題進(jìn)行了數(shù)值研究，主要工作內(nèi)容如下:
　　(1)針對(duì)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(zhì)進(jìn)行了數(shù)值模擬，得到其流場(chǎng)和溫度場(chǎng)的分布情況，通過分析貯罐內(nèi)部溫度場(chǎng)的分布特性發(fā)現(xiàn)，加熱器的存在會(huì)對(duì)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(dǎo)基礎(chǔ)，考慮相變過程的熱力效應(yīng)，通過求解相間的能量擴(kuò)散方程和氣泡平衡方程得到了熱力學(xué)效應(yīng)項(xiàng)的

3、表達(dá)式，建立了考慮熱力學(xué)效應(yīng)項(xiàng)的低溫空化修正模型，對(duì)比分析了熱力學(xué)效應(yīng)對(duì)低溫空化的影響。
　　(3)以圓形彎管作為研究模型，對(duì)液氫流經(jīng)彎管時(shí)的空化現(xiàn)象進(jìn)行了數(shù)值仿真，得到空穴形態(tài)分布云圖、空穴內(nèi)部的溫度以及壓力變化規(guī)律、空穴長(zhǎng)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(duì)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(duì)空化熱力效應(yīng)的影響；通過改變彎管角度方法進(jìn)行了多組對(duì)比模擬，分析了彎管的