摘要：针对低温推进剂中高沸点杂质过冷结晶可能堵塞滤网影响输送的问题,本文设计并搭建了能够显微观察液氧中冰晶与二氧化碳杂质状态的实验系统。可视化研究了不同温度液氧中微量水、二氧化碳杂质的生成及性状变化特征。发现当水分、二氧化碳共存于液氧时,部分水分率先形成细密冰晶,并与二氧化碳一同生成松散絮状结构;当该结构内的水冰晶达到饱和态后,其形状基本不再改变,而残余的水分逐渐形成游离态冰晶;絮状结构在90K降温到65 K的过程中发生崩解,杂质的平均尺寸减小了50%以上,有利于含杂质液氧通过滤网。研究所获得的微量杂质冰晶性状变化规律,可为实际应用中火箭充注管路滤网设计和流动阻力计算提供实验参考依据。

摘要：低温流体中的相变杂质颗粒是造成火箭充注与过冷补加过程管路滤网堵塞的主要威胁之一。设计了一套能够实现液氮中水与二氧化碳杂质状态静态微观可视化的试验装置,研究了体积分数为0.001%、0.01%、0.1%含水量工况下不同温度液氮中水分与二氧化碳杂质的生成及性状变化特征,获得了瞬态显微图像。在降温工况下,预凝结水分形成的冰晶几乎不随降温过程变化;二氧化碳在降温过程中形成絮状杂质,并随液氮温度降低(77~65 K)逐渐集聚。在复温工况下,观察到二氧化碳的重凝华现象,发现可能是由于小型舱内温度不均性引起的。总结了降温及复温过程中杂质颗粒面积、数量和平均尺寸与温度的关系,揭示了特定工况下液氮中的冰晶与二氧化碳杂质性状变化规律,为火箭充注管路滤网参数的选择提供试验参考。

摘要：利用液氧在磁场环境下的顺磁特性和超导磁体产生的强磁场,可以实现液氧的磁补偿,从而能够在地面进行长时间、低成本的流体受控微重力实验。为了能够准确合理设计液氧磁补偿系统,通过多场耦合数值模拟,研究了在超导磁体产生的磁场中,不同磁场力非均匀度条件下液氧在容器内的自由液面流动过程,并与在空间真实微重力环境(均匀10-6 g)下的结果进行了比较。结果表明:0.1%的非均匀度条件初步具备了模拟空间微重力环境的能力,在更低的非均匀度条件下(0.05%),液氧在磁补偿环境下的箱内流动能够得到很高程度的天地一致性还原;0.3%的非均匀度已经对液氧在箱内的流动过程造成了明显的偏差;在1%的非均匀度条件下,液氧在箱内的自由界面流动则基本脱离了空间真实特征,氧气气枕区无法稳定。