贮箱内低温推进剂汽化过程的CFD数值仿真

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1、2013年2月第39卷第2期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsFebruary2013V01．39No．2贮箱内低温推进剂汽化过程的CFD数值仿真陈亮梁国柱邓新宇胡炜(北京航空航天大学宇航学院，北京100191)(北京宇航系统工程研究所，北京100076)摘要：为研究贮箱内低温推进剂相变对推进剂温度和贮箱压力的影响，对贮箱内的传热传质过程进行了仿真．仿真涉及的物理过程包括贮箱与外界环境的换热、推进剂的自然对流、推进剂与贮箱内壁面的换热以及低温推进剂的相变过程等．根据热力学平衡原理

2、建立了低温推进剂相变模型，使用CFD(ComputationalFluidDynamic)方法对处于地面常压停放状态的液氢贮箱进行了450S的仿真．研究表明随着贮箱壁面传热过程的稳定，推进剂的温度分布、流动状态以及相变情况会趋于稳定；通过仿真获得了推进剂单位时间的汽化量；影响相变的主要因素是贮箱壁面漏热以及推进剂自身的对流运动．关键词：推进剂贮箱；低温；相变；计算流体力学；数值仿真中图分类号：V434文献标识码：A文章编号：1001—5965(2013)02-0264-05CFDnumericalsimulationofcryogenicpropellantvaporiz

3、ationintankChenLiangGuozhu(SchoolofAstronautics，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China)DengXinyuHuWei(BeijingInstituteofAstronauticalSystemEngineering，Beijing100076，China)Abstract：Simulationonheatandmasstransferinpropellanttankwasperformedtoinvestigateinfluenceo

4、fcryogenicpropellantvaporizationontankpressureandpropellanttemperature．Thesimulationwascon—cernedwithheattransferbetweenpropellanttankandexternalenvironment，propellantfreeconvection，ther—malexchangebetweenpropellantandinnertankwallsurface，andcryogenicpropellantphasetransition．Apropellantp

5、hasetransformationmodelwasbuiltonthebasisofthermodynamicequilibrium．Physicalprocessof450sinpropellanttankduringgroundparkingunderatmosphericpressurewassimulatedusingcomputationalfluiddynamic(CFD)method．Simulationresultsrevealthatthepropellanttemperaturedistribution，flowstateandphasetransi

6、tionwilltendtostableaspropellanttankwallheattransferstabilizes．Theevaporationofpro-pellantperunittimewasobtainedthroughsimulation．Andthemainfactorsaffectingthepropellantphasetran—sitionareheatleakfromtankwallsandthepropellant’Sownconvectionmotion．Keywords：propellanttank；cryogenic；phasetra

7、nsition；computationalfluiddynamic(CFD)；numeri-oalsimlllatinn液体运载火箭贮箱在加注低温推进剂后至发射前一直处于地面停放状态，贮箱壁面漏热会使推进剂的温度升高并发生汽化，减少推进剂的可用量，并带来安全隐患，因此需要对贮箱内传热传质过程，尤其是汽化过程进行研究．国内外对贮箱内低温推进剂的传热传质过程的仿真采用的方法主要有集总参数法和CFD(ComputationalFluidDynamic)方法．文献[1]对增压贮箱进行了集总参数建模，将贮箱内部分为增压气体、液态推进剂主