摘要：运载火箭发动机空间关机后,液氧贮箱沿轴向的过载力迅速衰减,在径向过载力扰动下,可能导致箱内液氧大幅晃动及贮箱压力衰减。由此,本文建立了三维过载力瞬变工况下低温推进剂贮箱晃动仿真模型,且在模型中考虑了气枕、液相、金属壁之间的热质传递作用。对比分析了防晃结构以及气枕气体组分对箱内流体扰动与压力衰减的影响。研究结果表明:在轴向过载力降低后,径向过载力会造成箱内液氧大范围晃动,对比无防晃结构贮箱条件,水平与十字防晃板相结合的方式能够显著降低推进剂的晃动幅度,即十字隔板贮箱和全结构贮箱压降为0.141 MPa和0.137 MPa,降低23.8%和25.9%。晃动过程贮箱压力的衰减同时受气枕平均温度降低、气枕气体冷凝效应影响。当气枕存在氦气时,气枕的冷凝效应降低,造成压力降低速率减小。气枕为纯氦气或75%氦气工况下,贮箱的压降幅值约为0.047 MPa,小于纯氧气条件。所构建三维模型可指导低温贮箱空间流体管理、重复使用运载器返回过程推进剂流体管理等工程设计。

摘要：氢能作为一种绿色清洁能源,在新能源汽车领域受到了广泛关注。尤其是低温液氢存储,因具有储氢密度高等优势而成为了一种理想的车载储氢方式。车载液氢瓶是液氢燃料车的关键部件之一,其支撑结构将直接影响到整个液氢瓶的绝热性能和力学性能。采用有限元分析方法,从强度校核、模态分析和随机振动疲劳分析三个方面,对基于六点支撑方案和八点支撑方案的液氢瓶结构进行了对比分析,研究结果表明,玻璃钢柱皆采用10 mm径向厚度时,八点支撑方案能够达到强度校核标准,但六点支撑方案却不能满足强度要求;为了满足强度校核条件,六点支撑方案中需增加玻璃钢柱的径向厚度,但这也导致了更大的支撑漏热;设计参数下,六点支撑方案和八点支撑方案中的支撑漏热分别为23.65 W和22.49 W,疲劳寿命分别为1.01×10^(7)次和9.19×10^(7)次;相较于八点支撑方案,六点支撑方案中液氢瓶虽然减少了支撑端的数量,但绝热性能并没有得到有效提升,且使用寿命反而大幅降低。

摘要：通过详细分析热分层产生的机理,阐述了低温流体热分层所引起的流体温度分布、气液界面现象以及箱体压力增加过程。对有关流体热分层的试验研究以及数值模拟的文献进行了整理;对不同低温流体工质、箱体初始设置参数及尺寸参数、箱体形状、壁面曲率大小、壁面是否加肋片以及箱体晃动旋转等对热分层的影响进行了分类总结;对不同热分层数学物理模型进行了系统对比。介绍了不同重力水平下,流体流动状态与热分层的关系。归纳了有关热分层现象的一些重要结论,阐明了我国在该领域开展研究的必要性。最后指出低温流体热分层对推进剂箱体优化设计及安全运行的重要意义。

摘要：为了减小真空冷箱在低温工作状态下受到的大气压力、设备重力以及内部管道因降温收缩而产生的热应力的复合作用,运用ANSYS有限元分析软件模拟冷箱和管道的应力场及变形.结果表明:管道的热应力随管道直径、相对弯曲度的增大而增大;冷箱最大变形发生在上法兰中间区域,应力集中在冷箱壁与加强筋相交区域.根据计算的结果,针对性地提出了适当减小管道直径和相对弯曲度以及增设加强筋和加固壁的改进方案.改进后的计算结果表明,冷箱的最大变形值由9.7mm减小到1.3 mm,应力和变形分布趋于平缓,达到了优化设计的效果.本研究为冷中子源氦制冷系统的设计,提高系统工作的稳定性和可靠性提供了技术参考.

摘要：建立了板翅式换热器封头结构的湍流数学模型 ,并采用此模型对目前工业中应用的基本型封头内部的速度场分布进行了数值计算 ,计算结果表明 :封头内部物流分配存在严重的不均匀性 ,同时发现改变封头的结构可以有效地改善换热器内部的物流分配 .在此基础上对两种改进型封头结构进行了数值模拟 ,计算结果表明改进效果明显 ,在进口Reynolds数为 830 0 0时绝对不均匀度已从3.4 7减小到 0 .71.计算结果与实验结果吻合良好 .

摘要：针对液氦/超流氦制冷系统负压换热器,开发了一种基于分布参数微元法的准一维换热器计算模型,并采用该模型对换热器进行了仿真计算及优化设计。在传统换热器设计方法的基础上,该模型进行了分块考虑,加入了低温下变物性和轴向热损失等因素的影响,并对换热器进行温度、压力耦合计算,准确得出了换热器内部的温度和压力场。最后,针对一个实际工况下的液氦/超流氦换热器进行了传热、流动设计和材料、翅片结构优化,结果表明：处于临界状态附近的换热器设计需要更加准确的工质物性,当换热器材料的热导率在4-10W/（m·K）之间时,轴向导热效应对换热器长度和性能影响较小。该设计工况中采用的板翅式换热器材料为Al6061,5层排列结构（CHCHC）,翅片结构为JC654202/JC474202,能够满足设计需求。该研究工作为后续实际液氦/超流氦制冷系统负压换热器优化设计提供理论和技术支持。

摘要：为向冷中子源装置氢系统提供17.5 K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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,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损失部位主要在压缩机、膨胀机和换热器,减小这3部分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.

摘要：为了研究多股流错流板翅式换热器的流动换热性能,基于MATLAB编程,考虑隔板中轴向和横向导热效应,构建了错流板翅式换热器的三维分布参数模型,程序模拟结果和热动实验台三股流板翅式换热器的实验结果的吻合程度良好。分析了错流板翅式换热器整体结构参数和工况参数对换热量和泵功消耗的影响。结果表明,针对所研究的三股流错流换热器,单位泵功换热量存在极值,它先随着A流体(大流量冷流体)流量的增加而增加,当A流体流量增加至1300kg/h时,又随着A流体流量的增加而减少。对换热器设置4种不同xy面(底面)投影面积分别进行分析,结果表明,维持xy面投影面积不变而变化换热器一边长度,换热量基本不发生变化,但是当换热器y边长度(A流体流动方向长度)为0.15~0.20m时,泵功消耗最低,单位泵功换热量最大。该研究可为错流板翅式换热器的优化工况选择和高效紧凑设计提供理论指导。

摘要：针对高压补燃循环发动机泵间管路中高温氧气再液化回收时的安全问题,建立了高温氧气与高温液氧在低温液氧中掺混冷凝的三维数值仿真模型,研究了泵间管内三股流体掺混冷凝的全过程,获得了管内流场、气液相分布、气相冷凝长度等关键信息,对比了由掺混腔和主管路注入回流高温液氧两种回液方案对氧气冷凝的影响。同时,针对定流速和变流速两种情况,探究了掺混孔数量和孔径的优化方案;此外,对不同管路出口背压下管内气相完全冷凝长度的变化趋势进行了研究。研究表明:掺混腔回液方案会导致气相流量增加和分布不均,不利于管内气相快速冷凝;主管路回液方案能够避免回流高温液氧对气相冷凝的负面影响,推荐采用此方案回收高温液氧;当流速不变时,适度增大掺混孔有利于避免不同掺混孔的气相融合,采用8个孔径为35 mm的掺混孔可使完全冷凝长度缩短26.5%;通过减小孔径增大流速有利于气相快速冷凝,采用16个孔径为20 mm的掺混孔可使完全冷凝长度缩短38.6%;增大泵间管出口背压有利于气相冷凝,背压由1.6 MPa上升至1.8 MPa时,完全冷凝长度缩短28.9%。该研究结果对液体火箭发动机增压输送管路设计具有理论参考意义。

摘要：纵向传热、温度场与物流分配不均匀对换热器效能的影响具有耦合关系 ,其中物流分配的不均匀会加剧其内部温度场分布的不均匀 ,增大换热器的纵向传热 ,导致其效能的下降 ,所以物流分配的不均匀在三者中对换热器效能的影响最为重要 .因此 ,对引起物流分配不均匀的因素进行研究是板翅式换热器优化设计的重要内容 .针对板翅式换热器内部流动特性对封头结构的影响进行了深入研究 .研究发现 :封头结构的影响主要体现在垂直于总管流动方向上 .发现了封头结构的改进方法 ,通过改变封头结构的设计可以有效地改善换热器内部的物流分配 .