| 变重力下低温液氮界面流动及温度分布 |
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| 引用本文： | 章敏, 刘秋生, 陶跃群, 何乃峰. 变重力下低温液氮界面流动及温度分布[J]. 空间科学学报, 2024, 44(5): 846-862. doi: 10.11728/cjss2024.05.2023-0111 |
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| 作者姓名： | 章敏 刘秋生 陶跃群 何乃峰 |
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| 作者单位： | 1.中国科学院力学研究所 微重力重点实验室 北京 100190;;2.中国科学院大学工程科学学院 北京 100049 |
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| 基金项目： | 国家自然科学基金 ( 11532015 );中国载人空间站空间蒸发相变与传热强化实验研究项目 ( TGMTYY14019-1 );变重力推进剂流体管理研究项目 ( YYWT0601EXP1901 );中-欧载人航天应用合作项目 ( Y935011041 );中国科学院国际伙伴计划-对外合作重点项目 ( 115111KYSB20200008 ) |
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| 摘 要： | 
为了研究残余重力加速度g对液氮贮箱自加压期间贮箱内流体的流动、相分布、温度分布以及压强分布的影响, 针对液氮贮箱, 采用流体体积(Volume-of-Fluid, VOF)方法数值模拟了不同g条件下液氮贮箱的自加压过程. 研究结果表明: 在大g情况下, 贮箱内压强沿g的方向逐渐增大, 贮箱内气枕的温度随贮箱壁面的持续漏热而不断升高, 且靠近壁面区域气体的温度最高, 靠近液体区域气体的温度最低; 随着g的减小, 贮箱内的液体更容易沿贮箱壁面爬升, 贮箱内流体温度差异性逐渐减小; 在小g情况下, 贮箱内流体流动稳定后会将气枕包裹于贮箱中部, 形成球形气泡, 贮箱内流体温度的差异性随时间先逐渐增大然后逐渐减小.
在零重力环境下, 贮箱壁面漏热(qw = 0.5 W·m–2)存在与否对贮箱内流体运动和相分布的影响均不显著, 并且在起始一段时间间隔$\Delta t_{\mathrm{f}} $ (0 ≤ $\Delta t_{\mathrm{f}} $ ≤ 40 s)内, 除贮箱壁面附近之外, qw存在与否对贮箱内流体温度分布的影响也不显著.
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| 关 键 词： | 液氮 界面变形 温度分层 贮箱壁面漏热 数值仿真 |
| 收稿时间： | 2023-10-10 |
| 修稿时间： | 2024-02-01 |
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