微重力环境下大叶片板式贮箱内流体行为的数值仿真与试验验证.pdf

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1、空间控制技术与应用第39卷第2期·58·AerospaceControlandApplication2013年4月微重力环境下大叶片板式贮箱内流体行为的数值仿真与试验验证采胡齐，李永，潘海林，李泽(北京控制工程研究所，北京100190)摘要：大叶片板式贮箱是当前最为先进的一种新型贮箱，大叶片板式结构是该贮箱推进剂管理的核心部件．对微重力条件下大叶片板式贮箱内流体行为进行了数值仿真和微重力试验验证．采用液体体积分数法(VOF，volumeoffluid)两相流动模型数值模拟板式贮箱内流体流动特性．得到了流体分布规律．搭建了大叶片板式贮箱缩比模型试验系统，对板式

2、贮箱内流体行为进行微重力落塔试验，得到微重力环境下流体特性．数值仿真和试验结果表明，大叶片板式贮箱在微重力环境下管理流体性能良好，大叶片板式结构为空间流体(包括低温流体)管理提供一种良好的途径．同时本文仿真和试验为国内板式贮箱设计提供了必要的支撑数据．关键词：微重力；大叶片板式贮箱；流体行为；数值仿真；落塔试验中图分类号：V43文献标识码：A文章编号：1674—1579(2013)02—0058—05DoI：10．3969／j．issn．1674．1579．2013．02．011NumericalSimulationandExperimentVerifica

3、tionofFluidBehaviorintheVaneTypeTankwithBigVanesinMicrogravityEnvironmentHUQi，LIYong，PANHailin，LIZe(BeijingInstituteofControlEngineering，Beijing100190，China)Abstract：ThevanetypetankwithbigvanesisoneofthemostadvancednewtypepropellanttanksnOW．Thebigvanesarethecorecomponentsofpropella

4、ntmanagementinthetank．Thenumericalsimulationandmicrogravityexperimentverificationoffluidbehaviorinthetankaregiven．ByusingaVOFtwo—phaseflowmodel，thefluidflowcharacteristicsinthetankarenumericallysimulated，andthefluiddis-tributingruleisobtained．Amicrogravitytestsystemisestablished．Ba

5、sedonfluidbehaviorexperimentonmicrogravitydroptower，someimportantconclusionsareobtained．Theresultsshowthat，thetankhasgoodperformanceofpropellantmanagementinmicrogravityenvironment，andthebigvanesprovideabet—terapproachforliquid(includingcryogenicliquid)controlinspaceenvironment．Inth

6、ispaper，theHH—mericalsimulationandmicrogravitytestprovidenecessaryfoundationaldataforthedesignofvanetypetank．Keywords：microgravity；vanetypetankwithbigvanes；fluidbehavior；numericalsimulation；droptowerexperiment目前，国际上空间飞行器主流的推进剂贮箱是板式部件组成，是贮箱推进剂管理的核心部件．板式表面张力贮箱，其推进剂管理装置(PMD，pro—板式贮箱利用

7、液体表面张力在板式结构上形成的压pellantmanagementdevice)主要由导流板、蓄液器等力差来驱动推进剂，具有结构简单、质量轻、可靠性国家863计划“航天器在轨加注技术研究”课题资助项目(2012AA7045038)收稿13期：2012-06—20第2期胡齐等：微重力环境下大叶片板式贮箱内流体行为的数值仿真与试验验证59·高等一系列优点．大叶片板式贮箱PMD采用辐射大1．1VOF模型基本原理叶片板式结构，同时实现导流和蓄液两大功能，是当VOF模型是一种求解气液两相流动和自由表前最为先进的一种新型贮箱，其结构示意图如图1面流动的算法．该方法通过引

8、入流体体积组分函数所示．板式PMD即为大叶片结构，其