低温贮箱在轨压增数值研究

在航天科技领域，研究低温贮箱在轨压增数值是一个复杂且重要的课题。该研究的目的是为了确保低温液氢贮箱在轨运行过程中的安全，同时实现对贮箱内压增过程的预测，防止因压力过高而引发安全隐患。 研究者采用计算流体动力学（CFD）方法，特别是体积分数法（VOF）模型来获取微重力条件下的气液界面分布特征。VOF模型是一种在数值模拟中处理流体两相或多相流动中界面追踪的技术，适合模拟具有自由表面或分界面的流动问题。在微重力环境下，VOF模型能够有效模拟气液界面的动态变化，因为在这种环境中，气液界面的稳定性受到表面张力的显著影响。 随后，研究者采用Lump-Vapor模型对液氢贮箱的气相区和液相区进行了分别求解。Lump-Vapor模型是一种集总参数模型，它可以将贮箱内复杂的空间分布简化为几个参数来描述，从而减少计算的复杂性，提高求解的效率。在本研究中，Lump-Vapor模型被用于模拟液氢贮箱内部的压增过程。 除了采用模型之外，研究者还通过UDF（User-Defined Functions）用户程序考虑了气液相变热质交换。UDF是CFD软件中一种强大的功能，允许用户自定义各种边界条件、源项等，以此来模拟实际物理现象。在这里，UDF被用来描述气液界面处的热质交换，这是控制贮箱内压增过程的关键因素。 研究结果表明，在微重力作用和表面张力的作用下，气液界面在7200秒后基本达到稳定状态。这显示了在模拟中考虑表面张力对于准确预测气液界面形态的重要性。此外，模拟结果还揭示了在轨运行4天后，气液相界面的温度升幅以及压增速率。通过模拟，研究者能够预测出在6.5W/m²的空间漏热热流下，贮箱的压增特性和物理场分布规律。 本研究利用Lump-Vapor模型不仅能够较好地预测液氢贮箱的压增特性，而且在保证一定精度的基础上显著提高了运行效率，节省了大量计算时间。这表明Lump-Vapor模型在实际工程应用中具有很高的价值。 关键词中的体火箭指的是液体火箭，这是使用液体燃料的火箭。增压过程是指通过气体增加贮箱内的压力来保持贮箱内的燃料处于稳定状态的过程。低温液氢贮箱是专为在极端低温条件下贮存液氢而设计的。数值模拟是利用数学模型和计算机技术来模拟和分析复杂系统的动态行为。 通过对低温贮箱在轨压增数值的研究，研究者能够更好地理解微重力条件下贮箱内部的物理过程，并为设计更加安全可靠的低温贮箱提供了理论支持和数值依据。这项研究对于未来空间任务中的燃料管理、系统设计和安全控制具有重要意义。