引射循环预冷回流低温贮箱流动与传热特性研究

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1、2017年第3期导弹与航天运载技术No.32017总第353期MISSILESANDSPACEVEHICLESSumNo.353文章编号：1004-7182(2017)03-0036-05DOI：10.7654/j.issn.1004-7182.20170308引射循环预冷回流低温贮箱流动与传热特性研究12111陈士强，范瑞祥，张曙辉，黄兵，黄辉（1.北京宇航系统工程研究所，北京，100076；2.中国运载火箭技术研究院，北京，100076）摘要：运载火箭贮箱内部流动与传热特性与火箭息息相关，中国新

2、一代运载火箭氧系统普遍采用引射循环预冷技术。介绍了低温动力系统引射循环预冷过程中低温贮箱内涉及到主要物理过程，采用基于自由界面追踪的VOF模型，研究了引射循环预冷回流低温贮箱内气液两相流动与传热特性。结果表明：地面状态循环回流气液两相流对贮箱内相分布、温度、压力和速度具有显著影响，并进一步讨论了引射循环预冷工程优化原则，为相关工程应用提供指导。关键词：引射循环预冷回流；低温贮箱；流动；传热中图分类号：V421.33文献标识码：AStudyonFlowandHeatTransferCharacteri

3、sticsofCryogenicTankwithGasInjectionCirculationPrecoolingBackflow12111ChenShi-qiang,FanRui-xiang,ZhangShu-hui,HuangBing,HuangHui(1.BeijingInstituteofAstronauticalSystemsEngineering,Beijing,100076;2.ChinaAcademyofLaunchVehicleTechnology,Beijing,100076)A

4、bstract:Thecharacteristicsofflowandheattransferinthetankofrocketarecloselyrelated.Theoxygensystemofthenewgenerationrocketiswidelyusedthetechnologyofinjectioncirculationprecoolingbackflow.Severalmainphysicalprocessesofcryogenictankwithgasinjectioncircul

5、ationprecoolingforlaunchvehiclepropulsionsystemareintroduced,andtheflowandheattransfercharacteristicsareinvestigatedbasedonthefreesurfacetracingVOFmodel.Theinfluencesofcirculationprecoolinggas-liquidtwo-phasebackflowtocryogenictankareanalyzed,including

6、phasedistribution,temperaturevariation,pressurefluctuation,andcirculationflowvelocity.Theoptimizationprinciplesofgasinjectioncirculationprecoolingengineeringapplicationarediscussedbasedontheresultsofresearch.Keywords:Injectioncirculationprecoolingbackf

7、low;Cryogenictank;Flow;Heattransfer[1][2]0引言Han、Panzarella等对氦引射循环预冷过程低温贮箱是运载火箭重要结构件和推进剂贮存装置，贮箱内的气液两相流动和传热特性进行了分析，为后[3,4]其内部流动与传热特性与运载火箭息息相关。中国新续工作奠定了基础；Cho等采用基于一维、平衡传一代运载火箭氧系统普遍采用了引射循环预冷技术。质非平衡传热模型研究了引射氦气进入液氧贮箱后系在低温动力系统引射循环预冷过程中，贮箱通过输送统的温度特性，为引射循环预冷工程应

8、用提供了有益管向发动机系统输入低温推进剂，经过高温管路、泵的指导，然而该模型在流动与传热细节分析方面仍存等组件后，低温推进剂（包含蒸发形成的气态推进剂在不足；文献[5]介绍了在低温动力系统引射循环预冷和引射气体）回流至贮箱内，并与原有推进剂相互作全系统特性研究方面开展的一些工作。本文构建了一用，影响贮箱内流动与传热。在引射循环预冷进行过种二维引射循环预冷回流低温贮箱内气液两相流动与程中，贮箱内涉及到低温推进剂复杂气液两相流动与传热特性模型，分析了地面状态循环回流气液两