低温燃料贮箱热力学排气系统优化分析与性能研究.pdf

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1、低温与超导低温技术Cryo．＆Supercond第42卷第7期CryogenicsVo1．42No．7低温燃料贮箱热力学排气系统优化分析与性能研究马原，厉彦忠，王磊，刘展，徐孟健(1．西安交通大学能源与动力工程学院，西安710049；2．航天低温推进剂技术国家重点实验室，北京100028)摘要：介绍了热力学排气系统(TVS)对于未来深空探测事业的重要意义，总结了TVS技术的研究进展。针对套管式换热器，以换热量、换热器内外管出口温差和排气侧压力损失为评价指标，进行多组变工况计算，给出了优化换热器性能的思路与方向。通过一维计算得到了TVS对低

2、温液氢贮箱压力控制的作用效果，计算结果表明：地面工况下TVs能有效控制贮箱压力在设定范围内变化；而在微重力条件下，壁面滞留的液体导致贮箱压力低于控制下限，压力循环周期明显增长。关键词：热力学排气系统；套管式换热器；优化分析；贮箱压力OptimizedanalysisandperformancestudyonthermodynamicventsystemincryogenicfueltankMaYuan，LiYanzhong，WangLei，LiuZhan，XuMengjian(I．SchoolofEnergyandPowerEnginee

3、ring，Xi’anJiaotongUniversity，Xi’an710049，China；2．StateKeyLaboratoryofTechnologiesinSpaceCryogenicPropellants，Beijing100028，China)Abstract：Thermodynamicventsystem(TVS)isanimportanttechnologyforfuturedeepspaceexploration．Afterreviewingandsummarizingtherelevantstudies，anappr

4、oachtooptimizingtheheattransferperformanceofthedouble—pipeheatexchangerinTVSwaspurposed，whichjudgedbyparametersliketheheattransferrate，thetemperaturediferencebetweentheoutletsoftheinnerandouterpipesandthepressurelossintheventpipe．Moreover．thepressurecontroleffectofTVSinac

5、ryogenicliq—uidhydrogentankwasnumericalcomputed．TheresultsshowthatTVScanefectivelycontrolthetankpressurewithinthegivenscopeatgroundcondition；however，atmierogravitycondition，thetankpressurebreaksthroughthelowercontrollimitandthepressurecycleismuchlonger，whichmayresultsfrom

6、theexistingofliquidonthetankwal1．Keywords：Thermodynamicventsystem，Double—pipeheatexchanger，Optimizedanalysis，Tankpressure1引言环境漏热的影响，随着在轨运行时间的不断延长，被动防热面临着热饱和的限制，采用主动方法对未来的深空探测需要低温燃料能够长期在轨推进剂蒸发量进行控制是必然趋势。主动技术主安全存储。期间，太阳辐射、地球红外辐射、行星要是采用流体混合、制冷机制冷、在轨排气这三种方法来实现蒸发量控制⋯。其中，美国航空航天

7、反照等空间热流会造成贮箱内低温燃料的升温气局(NASA)开发的热力学排气系统(TVS)很好地化，若不采取措施对燃料蒸发进行控制，则会引起贮箱压力升高过快，可能对燃料系统的安全运行整合了这三种作用，是实现低温推进剂长期在轨产生影响。目前，蒸发量控制手段主要分为被动贮存的有效方法J。NASA已经就TvS开展了充分的理论与实验技术和主动技术。被动技术主要包括包裹绝热材研究，证明了该技术的可行性。Flachbart_3等人料、安装冷屏和挡热板等手段，以降低空间热流对推进剂的热侵。然而，被动措施并不能完全阻止详细介绍了喷雾棒型TVS的结构与原理，并

8、对地投稿Et期：2014—05—12基金项目：国家自然科学基金(51376142)；航天低温推进剂技术国家重点实验室开放课题(SKLTSCP1311)；中央高校基本科研业务费专项资金资助。作者