摘要：针对商业火箭公司对于液态甲烷过冷加注的需求,开展了基于液氮冷源的甲烷过冷加注系统方案设计,并计算得到了不同甲烷流量和液氮压力参数下的过冷器换热面积。为了防止液氮温度过低造成液态甲烷凝结,参考现有液氧和煤油工艺流程,提出2种不同控制策略的甲烷过冷加注系统,并详细对比分析了这2种系统所能实现的6个不同工艺流程。结果表明:基于背压控制的加注系统相比于基于液位控制的系统具有更高可靠性,同时前者能够实现在线实时加注工艺,原因在于其通过控制换热器中液氮压力来保证液氮温度始终高于甲烷冰点。甲烷过冷器换热面积与甲烷加注流量、液氮背压均成正比,在具体工程实施中应当根据加注需要选取合适的加注流量和液氮背压,以减小过冷器尺寸和降低设备制造成本。

摘要：为研究低温管路中低温液体的排空过程,采用计算流体力学(CFD)方法中非稳态流动以及流体体积(VOF)模型对管路中液氮向外排空过程进行模拟计算,并将模拟结果与实验结果进行对比验证.模拟结果显示,当氮气质量流量较小时,氮气虽然会在一定时间内到达出口,但管道底部仍存有液氮,出现分层现象.这就需要通过氮气带进的热量使液氮受热蒸发排空,致使完全排空时间变长.随着氮气质量流量的增大,排空时间变短.当氮气流量增加到一定数值时,管道底部无液氮残留,可以直接完全排空.该研究结果可以同时为排空低温液氢等危险流体提供理论指导.

摘要：静电积聚是绝缘性易燃易爆流体的输运和存储最严重的潜在危险之一。研究流体与固体材料摩擦产生静电的速率是揭示流体静电积聚特性的关键问题。本文设计并搭建了一套旋转圆盘静电起电和测量系统,对常见的绝缘性油品如变压器油等多种流体进行了不同工况下的实验测试,获得了线速度、温度、流体黏度等因素对于起电速率的影响规律。实验结果表明,流体起电速率基本上均与流动线速度呈正比,而与温度的关系相对复杂,在一定的温区内存在最低起电速度所对应的温度。也定量地验证了绝缘性更强的流体起电速率更大这一定性特征。

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：表面张力驱动下的内角流动理论为空间液体管理装置的设计提供重要支撑,其动态流动过程中的液体流量、流速、液面位置等参数是决定液体管理性能的关键因素.在实际应用中,受到加工条件的限制或为了提高机械承载能力,内角尖端通常存在一定的钝度.采用理论分析与实验验证相结合的方法,定量分析了钝度对内角流动特性的影响规律.结果表明,在钝度一定的条件下,液面运动距离与时间的1/2次方始终保持近似正比关系,且钝度越大毛细流动的速度越低.通过基于磁补偿原理的微重力模拟流动实验,初步验证理论模型的正确性.并将理论模型应用于以液氢和液氧为代表的低温推进剂的表面张力输运过程,发现不同条件下的流量变化规律,为低温推进剂表面张力式液体管理装置的设计提供重要基础数据.

摘要：针对某大型低温贮箱,基于水平环形防晃板和竖直防晃板设计了一种布置于整个贮箱的固定结构防晃板,采用CFD软件Flow-3D数值模拟了一定简谐激励下,不同充注率时该防晃板的防晃效果.通过与液面水平环形防晃板对比发现:两种结构防晃效果相近,均可以显著抑制不同充注率下液体的质量中心波动范围.当充注率为50%时,两防晃结构甚至可以使波动范围减小64%;在晃动过程中,相比于液面水平环形防晃板,固定结构防晃板中单层水平环形防晃板的受力更小,但是贮箱受到的压力会有所增加;对比相同面积液面水平环形防晃板和竖直防晃板的防晃效果,液面水平环形防晃板优势更加明显;随着充注率的增大,液体在贮箱内晃动时液体的质量中心波动范围逐渐减小.

摘要：本文分析了中子辐照环境下的仲氢向正氢转化的现象,结合CSNS低温系统的特点,开展了正仲氢转化反应器的方案设计,并在此基础上重点讨论了现有的正仲氢测量方案的特点.后续将根据项目现场的实际情况,开展正仲氢测量方案的选择和设计工作。正仲氢转化及其组分测量方案的研究,为后续CSNS低温系统的顺利建设提供理论基础。

摘要：在下潜过程中,考虑低温液体在水中受到的阻力和浮力,采用不可压缩纳维-斯托克斯方程描述低温液体在水中的流动,采用相域方法追踪低温液体-水两相界面,通过给质量守恒方程添加源项描述汽化过程.耦合以上数学模型分析低温液体在潜水过程中的流动状态、潜水深度和汽化率.在给定条件下,对不同初始速率和初始直径的液氮潜水过程进行模拟计算,结果表明:稳定状况下的液氮柱在水中流动分布近似为棒球棒型;入流直径和速度会影响低温液体的下潜深度和气化率,小直径低温液体下潜深度较浅,而且会有较大的气化率,甚至会完全汽化,大直径的低温液体下潜深度较深,流动状态也更加混乱,而且会出现液氮浮出水面形成液池的现象.

摘要：研究输送管路中截止阀附近低温流体滞止状态的热力参数变化规律,利用有限容积法建立输送管中低温流体的流动过程及滞止状态的数学模型,对管路几何结构和各种漏热量对于低温流体滞止状态热物性的影响进行仿真计算,分析截止阀前低温流体温度升高的主要原因。研究结果表明:减小管路长度,适当增大管壁漏热量,以及减小阀门漏热量可有效降低阀门前低温流体滞止状态的温度升高幅度,为火箭燃料加注系统的改进及新系统的设计提供了一定的参考。

摘要：液化和凝固是流体系统工程中常见的两种基本现象。由于低温流体液化点和凝固点温度都非常低,给受控条件下观测流体的液化和凝固过程带来了困难。设计并搭建了基于G-M低温制冷机的流体受控液化和凝固过程可视化实验装置,并对氮气(44~80 K)、氩气(50~90 K)、氧气(50~90 K)3种低温流体的液化和凝固过程进行控制观测,获得了3种流体在一定温度下的相变过程的视频图像。实验结果表明,3种低温流体的凝固过程表现出较明显的固化行为特性差异。