贮箱内浆态低温推进剂沉降特性数值研究

摘要

为了揭示浆态低温推进剂在贮存时的颗粒沉积行为规律，解决沉积带来的浆态低温推进剂向火箭发动机输送时的供给问题，研究了贮箱内浆态低温推进剂的沉降特性。基于欧拉-欧拉数值模拟方法，考虑固体颗粒动力学理论建立了低温固液两相流动与相变传热数值模型，研究了浆态低温推进剂（浆氮、浆氧、浆氢）在贮箱内两相流场动力学信息与沉降特性，并讨论了不同低温工质、不同粒径（0.02～0.5 mm）、不同固相体积分数（10%～50%）以及不同漏热率（50～200 W/m²）工况对浆体低温推进剂沉积和流场特性的影响。结果表明：固氧颗粒在液氧内沉降较为微弱，但固氮和固氢颗粒明显沉降，实际应用时需考虑防沉降措施；在固相粒径较小、固相初始含量较少、壁面漏热更少的情况下，浆态低温推进剂的沉积量更少；固液密度比较大的浆状流体沉降速率更快，以0.5 mm的粒径为例，浆氮、浆氢相界面的下移速率分别为15.62及12.58 mm/s,而浆氧的相界面下移速率仅为0.12 mm/s;此外，在特定条件下贮箱中存在方向相反的双涡旋。研究结果揭示了浆态低温推进剂在存储过程中的物理规律，可为浆态流体的高效储存和应用提供参考。

关键词

浆氮 / 浆氧 / 浆氢 / 低温推进剂 / 数值模拟

基金资助

国家自然科学基金资助项目(52276018); 中国博士后科学基金特别资助项目(2021T140538,2020M673391)