凝胶推进剂模拟液直圆管压降计算及误差分析

为了建立凝胶推进剂管路流动模型,分析了凝胶推进剂模拟液在直圆管内的流动特性,并对3种模拟液在第二和第三流动区内管路流阻的计算值与试验值进行了对比分析,结果表明：在第二流动区,用幂律流变方程推导的压降公式计算值与试验值有较好的一致性;在第三流动区,可以近似用牛顿流体压降公式计算管路流阻。此外还分析了压降的误差传播系数,结果表明流变指数和管径的误差传播系数最大。     

凝胶推进剂模拟液直圆管流动特性初步研究

对某型凝胶推进剂模拟液在直圆管中的流动特性进行了理论分析和试验研究,得到模拟液在直圆管中的速度分布,定义了表观粘性和平均粘性,进行了流阻分析并定义了非牛顿流体雷诺数。通过试验考察了管长、管径对流阻的影响,得到流阻系数与雷诺数和无量纲速度比与雷诺数的关系,并对影响因素进行了分析。     

膏体推进剂模拟液直圆管流动特性

管道流动特性研究对膏体推进剂供给系统设计具有重要意义.根据非牛顿流体幂律模型,在无壁滑移条件下,分别建立了膏体推进剂模拟液直圆管流动的理论及数值计算模型,并通过丁羟管道流动试验验证了理论模型的准确性.研究得到了膏体推进剂模拟液在直圆管中流动的压降随管径及入口速度变化的情况,并分析了压降的影响因素和幂律指数对管内流速曲线的影响.结果表明,膏体推进剂模拟液在直圆管中压降随管径增大而减小,随入口速度增大而增大.     

凝胶试验特性数据分析

针对凝胶推进剂压力损失的计算方法与常规推进剂存在很大差异,结合对非牛顿流体的理论分析,得出了凝胶推进剂在管路中的流动特性主要取决于其自身。对凝胶N2O4及凝胶UDMH液流试验的压力-流量数据,分别采用指数方程、多项式方程和直线方程三种方法进行曲线拟和、对比分析,反映了凝胶推进剂的非牛顿流体特性,对系统组建提出了一些建议,明确了凝胶试验系统试前应采用真实介质进行冷调,并为系统调试数据提供了可行的拟合方法。     

凝胶推进剂直圆管中剪切速率与表观粘性实验研究

分析了直圆管中凝胶推进剂剪切速率和表观粘性与相关参数的关系,研究了直圆管中凝胶推进剂剪切速率和表观粘性的实验研究方法,利用物料管路测试系统进行了某型凝胶推进剂直圆管剪切速率与表观粘性实验研究。结果表明:管路实验可以得到较大范围内凝胶推进剂剪切速率与表观粘性关系;而且当剪切速率在104量级时表观粘度随剪切速率的增加基本不再变化。     

膏体推进剂流动特性实验研究

建立了一套膏体推进剂挤压流动实验装置,改变挤压压强和出口压强,分别对圆管、多孔喷头进行了平均流量测试.结果表明,在特定使用条件下膏体推进剂圆管内流动呈现牛顿流体的特征,且其挤压流动特性受温度影响较大;另外,膏体推进剂在多孔喷头内的流动,试验数据与引入当量半径后的圆管计算值接近,当量半径法使变截面挤压系统的膏体推进剂流量计算大大简化.     

表面张力贮箱推进剂管理装置流阻的计算

为了在设计卫星用表面张力贮箱时，正确地计算出推进剂管理装置中液体推进剂的流阻，根据液体的流动特性，研究了卫星用表面张力贮箱推进剂管理装置中推进剂在管道，筛网和一些局部流阻的计算方法，给出了各部分流阻的计算公式，据此实际计算了一个简单的推进剂管理装置，并和实验进行了比较，结果表明理论和实验较为符合。     

凝胶推进剂锥形管道流动特性数值分析

对凝胶推进剂在锥形圆管中的流动过程进行了数值计算,研究了锥形圆管收敛角对轴向速度、平均表观粘性、压降的影响关系,得到了凝胶推进荆在锥形圆管中的轴向速度与平均表观粘性分布.计算结果表明,随着收敛角的增大,出、入口截面平均表观粘性降低幅度不断增大,出口截面平均表观粘性不断减小至近牛顿粘性水平ηoo;并且,粘性的减小是以增大压降需求为前提的,当角度改变达某定值之后,角度的改变引起粘性的变化将不再显著.结果表明,圆管收敛角是影响粘性变化的一个重要参数,粘性变化与压降需求之间存在最佳结合点.     

屈服假塑性凝胶模拟液直圆管流变和流动特性分析

通过理论分析和试验研究,进行了某型凝胶模拟液在直圆管内的流变和流动特性研究。研究结果表明：该凝胶模拟液具有明显的屈服应力;由于屈服应力的作用,直圆管中心明显地分为剪切流动区和柱塞流动区,柱塞流动区半径与屈服应力成正比,与压力梯度成反比;当流量恒定时,沿程压降随屈服应力的增大而增大;当压力梯度保持不变时,流量随屈服应力的增大而减小。     

凝胶模拟液直圆管流动特性数值模拟

采用POLYFLOW软件,对幂律型凝胶模拟液在直圆管内的流动和流变特性进行了数值模拟研究。结果表明：在流速和管径不变时,压降随管长的增加成线性增加;在流速和管长不变时,压降随管径的增大急剧减小;随着流变指数的减小,直圆管轴线附近出现明显的柱塞流动区,在此区域内,速度和剪切速率变化较小,剪切粘度值趋于最大;在管壁附近．速度和剪切速率变化较大。剪切粘度降低明显。     

四氧化二氮凝胶推进剂的配方研究

针对四氧化二氮（NTO）的特殊氧化性,筛选了三种不同胶凝剂与NTO形成凝胶,对其流变性能进行研究,并结合发动机试验、限流圈试验、发动机头部液流试验,验证了其与偏二甲肼（UDMH）凝胶组成的双组元推进剂用于凝胶发动机试验的可行性。结果表明：单一胶凝剂和NTO形成的凝胶体系不能满足凝胶发动机的要求,而复合胶凝剂YN61＋YN71与NTO形成的凝胶体系具有粘度高、所需剪切力低的优异流变性能,基本能满足凝胶发动机的要求。     

凝胶DT-3推力器的初步探索

研究了凝胶DT-3的流变特性、流量特性,利用凝胶DT-3推力器试验件进行了热试车。结果表明,凝胶DT-3在试验温度范围内表现出剪切稀化的非牛顿流体特性;温度、压降和几何结构对凝胶DT-3的流变特性有明显影响;适当增加毛细管喷注器直径有利于凝胶DT-3的流动及雾化;试验件点火工作正常,室压稳定,比冲性能为液体DT-3的90%。     

UDMH/NTO双组元凝胶推力器的初步探索

为了研制UDMH/NTO双组元凝胶推力器,利用理论分析、数值模拟及试验等手段对凝胶流变特性进行了初步研究;根据凝胶流变特性试验数据,利用最小二乘法拟合获得了凝胶流变特性参数;利用数值模拟研究了锥形流道锥角变化对凝胶流变特性的影响;设计了双组元凝胶推力器试验样机并完成了流量特性试验及热试车.结果表明,试验用UDMH/NTO两种凝胶推进剂流变特性较为接近;对于UDMH/NTO凝胶推进剂,通过数值模拟结果确定了最佳的锥角角度,可使凝胶平均表观粘度到达喷孔出口时降到最低;试验样机喷注器的流量特性数值模拟结果与试验值接近,说明该喷注器适合于凝胶的流动及雾化;热试车取得成功,获得了稳态、脉冲室压及结构温度等有效数据.     

卫星气体工质剩余量高精度显式计算方法

为获取卫星气体工质在高压下的剩余量,研究气体密度的不同算法,结果显示:基于理想气体状态方程的密度计算在高压下存在误差;Redliche-Kwong（RK）方程对氮气密度的计算与NIST数据库查询结果最为接近。为在判读卫星实时遥测数据期间快速获取气体工质剩余量,基于数学拟合公式提出一种气体工质剩余量的显式计算方法,并采用气瓶容积随压力变化的线性模型对气瓶膨胀的影响进行修正。地面试验结果表明,该显式计算方法与实际测试结果符合良好,气瓶随压力的膨胀量呈线性变化,气瓶容积修正能够有效减小计算结果的误差。该方法针对某卫星冷气推进系统的计算结果显示,计算剩余量的不确定度为180 g,相对不确定度为0.62%。