某试验台LH2贮箱气体置换过程数值模拟

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1、第37卷第6期火箭推进Vo1．37．No．62011年12月JOURNALOFROCKETPROPULSIONDec．2011某试验台LH2贮箱气体置换过程数值模拟朱子勇，孙万民，王占林(北京航天试验技术研究所，北京100074)摘要：首先应用C#软件编制贮箱气体置换计算程序，用该程序对不同N、H充气压力和放气终压对贮箱置换的影响进行分析，通过对比分析得出最优置换方案；其次利用FLU—ENT软件对某运载火箭发动机动力系统试验LH贮箱气体置换过程进行数值计算，包括N充气置换、H：充气置换和LH：贮箱缩比尺寸和全尺寸数值计算。对H置换过程中不同的放气终压也进行了数值计算，并将缩比尺寸数

2、值计算结果同现有试验台LH贮箱置换进行比较；最后数值计算了LH贮箱H充气完成后混合均匀需要的时间。关键词：LH贮箱；置换；数值模拟中图分类号：V434—34文献标识码：A文章编号：1672—9374(2011)06—0052—10NumericalsimulationofgasreplacementprocessinLH2tankoftest—bedZHUZi—yong，SUNWan—rain，WANGZhan—lin(BeijingInstituteofAerospaceTestingTechnology，Beijing100074，China)Abstract：Theprogr

3、amofgasreplacementinthetankisdrawnupwithC≠≠NETsoftware．Thein—fluenceofdiferentfillingpressureandfinalpressureafterdeflationofnitrogenandhydrogenongasreplacementinthetankisanalyzedwiththeprogram．Anoptimumschemeofgasreplacementisde—terminedbycomprehensivecomparison．Thenumericalcalculationofgasre

4、placementprocessintheliquidhydrogentestingtankofarocketenginepowersystemisca~iedoutwithFLUENTsoftware．Thenumericalcalculationincludesthenitrogenfillingreplacement，hydrogenfillingreplacement，downsizingscalingandfull—sizeliquidhydrogentank．Theresultsofnumericalcalculationarecorn。paredwiththerepl

5、acementofexistingliquidhydrogentankonthetest—bed．Thedurationtimeofthegasmixinguniformityaftercompletionofthehydrogenfillingiscalculated．Keywords：LH2tank；replacement；numericalcalculation收稿日期：2011-08一l1；修回日期：2011-09-27基金项目：中【航天科技集团公司支撑项目(2002JY05)作者简介：朱子勇(1979一)，男，硕土，研究领域为液体火箭发动机试验及仿真技术第37卷第6期朱子

6、勇，等：某试验台LH贮箱气体置换过程数值模拟53换多少次要根据具体要求由计算或试验来确定；0引言抽空置换方法就是先用抽空的手段抽除系统内的气体，再用纯净气体来填充，反复进行，抽空方推进剂贮箱使用前为空气状态，因此未经某法仅适合能承受负压的贮箱。种处理是不能直接用来加注LH：推进剂的。因为有些国家在氮气置换时采用加热的N：，目的空气的主要成分是N和0，其中N约占78％、是为了更有效地置换掉箱内原有的水分。这就需0约占20％。空气中含有一定量的水分，其含量要设计一套热N气体设备。采用常温干燥N：，与当时的温度、湿度有关。但用快速充气、放气的办法也可取得同样效果。在标准大气压下，H0在0

7、~C时结冰，O：在因为快速充气时箱内气体受压缩，温度上升使箱一182．8~C时液化、在一218．6cC时固化。N在壁受热，而快速放气时箱内气体膨胀温度下降，一195．6~C时液化、在一209．8cc时固化。因此如果但箱壁来不及被冷却，气体中的水分照样被排气在加注LH：以前不先用He或H把贮箱I内的空气带出。所以用常温干燥N进行置换是切实可行置换掉就进行加注，那么在加注时由于LH：温度的。极低(一252．6~C)，贮箱中的HO，0：和N：就会由于连续置换用气量大以及贮箱