低温推进剂多相界面气泡动力学研究

发布时间：2020-06-04 07:19

【摘要】：对于长期的航天器的在轨加注任务,必须保证推进剂处于安全贮存状态。微重力条件下推进剂在管理装置当中的分布由于毛细作用主要沿壁面分布,推进剂的厚度很薄。由于低温推进剂沸点极低,一旦贮箱系统发生漏热将导致局部过热,推进剂产生相变,会引起推进剂贮存和管理失效,甚至引起贮箱内部压力急剧升高而产生爆炸。在池沸腾条件下气泡的运动规律是影响池沸腾传热的主要因素。为了保证低温推进剂的长期安全有效贮存、管理,低温推进剂多相界面气泡动力学研究十分重要。为此,本文针对薄液层覆盖下的凹坑内的气泡核化过程进行了理论研究,得到了气泡内部压力随着凹坑顶角、接触角、气泡高度变化的规律;对气泡在不同功率下的加热面上的脱离情况进行了仿真研究,得出了气泡脱离过程中的气泡颈部生长、高宽比变化、最大展宽、内凹深度等形状参数的变化规律;最后,设计并开展了微重力条件下的低温推进剂池沸腾实验,并通过实验现象和数据,分析了微重力水平、工质性质、液面高度、加热片功率和加热片放置方式对气泡运动规律的影响,对微重力条件下的CHF值变化和Marangoni效应进行了简要分析。
【图文】：

气泡生长初期阶段 气泡生长后期阶段图 1.3 Cooper 提出的微液层模型和 Yao-Hua 提出的厚液层模型Plesset（1971）[32]引入了在圆柱坐标系下的有限差分格式来计算初始球的破裂，并观察固液交界面的变化，其中气泡紧挨着固体边界。Mei 等（一个楔形的微液层来研究气泡的生长和脱离时间。同时他们还假设进入量全部来自于微液层。这个假设在饱和沸腾和过冷沸腾中并不能完全没有考虑由于气泡生长带来的动压和气泡形状的变化带来的影响。98）通过有限体积法和一种界面捕捉算法研究了气泡的生长情况。但是型中，，微液层的表述和建模还没有十分精确。本文没有采用上述理论模型对气泡生长进行建模分析，这里只做简要1.2.3 数值仿真研究介绍1.2.3.1 数值仿真研究内容为了更好地获得气泡运动发展的内在规律，国内外都积极开展了对微液仿真和实验研究[33-37]。其中微液层蒸发效应和 Marangoni 效应被认为是

（b）中等浸润性液体下气泡生长、脱离过程图 1.4 基于三相交界面运动解释气泡颈效应[42]2007）[43]利用国家微重力实验室的落塔装置（3.5s 力条件下的过冷池沸腾传热现象进行了实验研究。实 m的铂丝作为加热和测温一体化元件，实验工质为同的池沸腾现象在不同重力条件下所需的热流密度不下所需的热流密度要稍大于常重力条件。在不同的重目、分布都有比较大的区别。不同的表面形貌和受热很大影响。赵建福等还利用返回式卫星搭载项目，开实验。通过将结果与地面常重力条件下和短时微重力发现微重力条件下丝状加热器的传热效率略有增加，件下传热效果明显恶化。文章还着重指出了 Marango热影响显著。动力学影响因素实验研究
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V511.6

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本文编号：2696060