煤油贮箱冷氦鼓泡增压过程数值研究

火箭飞行过程中,约90 K的低温氦气用以加压室温下的煤油贮箱使煤油流出,保障发动机燃料供应.为尽可能减少氦气用量,设计低温氦气从液相中喷入,使得氦气在贮箱内上升过程先和液态煤油充分换热升温,再进入气相空间增压.但该过程可能引起两个不利的结果,首先浸没在煤油中的低温氦气管路表面可能结冰,结冰沉底或可能堵塞发动机滤网;其次氦气可能被煤油携带,从而排出口位置可能出现气液两相流.这两种情况都对火箭发动机稳定运行造成负面影响,因此是不允许的.对低温氦气在贮箱中心喷入和环向多孔喷入两种结构的气液两相流过程进行了数值研究,构建了基于Euler-Euler模型的两相传热非稳态模型,数值结果与地面实验观察到的现象进行了定性对比,定性验证了模型的准确性.重点考察了煤油排出过程两种喷入结构的气液两相流分布以及煤油结冰可能性.研究结果从机理上解释了实验现象,并为煤油贮箱增压排出方案设计提供了参考.