液氧贮箱增压过程研究

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1、第39卷第4期火箭推进V01．39，No．42013年8月JOURNALOFROCKETPROPULSIONAug．2013液氧贮箱增压过程研究陈春富，李茂，王树光(北京航天试验技术研究所，北京100074)摘要：采用数值模拟方法对液氧贮箱增压过程进行研究。贮箱内流场采用流体体积函数(VOF)多相流模型考虑，选择标准双方程k-e湍流模型分析湍流效应，气液两项之间的热量、质量转移通过自定义程序(UDD求解。获得了贮箱压力、排液流量、气垫温度、液氧温度对贮箱内流场温度分布的影响。计算结果表明，在稳定增压过程中，贮箱液面无扰动，贮箱内温度分层分布；各参数变化时，对贮箱内温度分布的影响主要是温度

2、梯度的变化，并且各工况下液面附近和扩散器附近温度梯度基本相同。关键词：液氧贮箱；增压；温度分布；数值模拟中图分类号：V434+．13-34文献标识码：A文章编号：1672—9374(2013)04—0080—05NumericalstudyonpressurizationprocessofliquidoxygentankCHENChun—fu，LIMao，WANGShu-guang(BeijingInstituteofAerospaceTestingTechnology，Beijing100074，China)Abstract：Pressurizationprocessoftheliqu

3、idoxygentankwasstudiedwithanumericalsimula．tionmethod．Volumeoffluid(VOF)modelwasusedforflowfieldinsidethetank．Thestandardk．￡turbulencemodelwasselectedtoanalyzetheturbulenceeffect．andauser-definedfunction(UDF)forphasetransitionwasusedtosolvetheheatandmasstransferbetweentheliquidandtheullagegas．The

4、effectsofthefactorsincludingthetankpressure，massflowrateofliquidoxygen，ullagegastem—peratureandliquidoxygentemperatureonthetemperaturedistributionofflowfieldinsidethetankwereobtained．Thecalculatedresultsshowthattheliquidsurfacehasnodisturbanceandthedistribu—tionoftheullagegastemperatureisstratifi

5、edinthesteadypressurizationprocess；themaininfluenceofthefactorsonthetemperaturedistributionisthevariationoftemperaturegradient；andthetempera-turegradientneartheliquidsurfaceandtheinjectorisalmostthesameindifferentworkingcondition．Keywords：liquidoxygentank；pressurization；temperaturedistribution；nu

6、mericalsimulation收稿日期：2012—12—13；修回日期：2013—04—17作者简介：陈春富(1973一)，男，高级工程师，研究领域为液体火箭发动机试验技术第39卷第4期陈春富，等：液氧贮箱增压过程研究8l0引言液体火箭发动机地面试验和飞行过程中，需要通过增压系统增压贮箱，维持一定的贮箱压力，使发动机正常工作。在低温贮箱增压过程中，贮箱内的传热传质过程极为复杂，常温的增压气体进入低温贮箱，与贮箱内的低温气体、贮箱壁面和低温液体表面进行换热；在液体表面，低温液体吸热汽化。同时，增压气体的流动可能会对液面造成扰动，影响对流换热，或者使低温液体沸腾，导致贮箱内气垫压力、温度

7、剧烈变化，影响增压过程㈣。因此，研究贮箱增压过程对发动机试验有重要意义。目前，研究人员采用零维模型、一维分层模型和二维模型分析贮箱增压过程壁面温度、气垫温度以及气垫压力随时间变化的规律13_81。近些年，随着计算机技术的发展，计算流体力学(CFD)技术在科研领域得到了广泛应用。在贮箱增压过程模拟中，采用CFD方法可以较为准确的获得贮箱内流场，被很多研究者采用19一¨。本文采用CFD方法进行数值模拟，对液氧贮箱增压过程进行研究。1计算