【摘 要】
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随着我国深空探测任务的持续推进,航天器在轨工作时面临的太空环境复杂性加剧,这要求航天器能够提供宽范围和更小级别的微推力,同时工质流动和调节的稳定性、快速性和准确性成为影响姿轨矫正的关键因素。相关的在轨实验发现以氙气为推进剂的贮供系统在工作中会出现不同程度的工质液化现象,对系统输出性能和寿命带来不利影响。因此研究不同条件下氙气在贮供系统中的流动和气液两相流的相变传热特性具有重要意义。本文首先使用AM
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随着我国深空探测任务的持续推进,航天器在轨工作时面临的太空环境复杂性加剧,这要求航天器能够提供宽范围和更小级别的微推力,同时工质流动和调节的稳定性、快速性和准确性成为影响姿轨矫正的关键因素。相关的在轨实验发现以氙气为推进剂的贮供系统在工作中会出现不同程度的工质液化现象,对系统输出性能和寿命带来不利影响。因此研究不同条件下氙气在贮供系统中的流动和气液两相流的相变传热特性具有重要意义。本文首先使用AMESIM平台搭建了考虑流体相变的氙气贮供系统模型,主要包括两级压力调节模块、不同类型的系统管路和流量调节装置。研究了不同管路直径、阀门开度、阀芯直径、系统初始温度、压力和储箱压力对贮供系统中氙气流动特性、状态变化、传热特性以及输出特性的影响,总结了氙气液化的产生机理和变化规律,揭示了组件结构参数、温度和压力对氙气填充、形态演变和微流量输出的影响规律。其次使用CFD方法结合相变传热传质自定义函数分析了在不同初始流速、管路直径、壁面温度和饱和温度时一级减压阀后置管路中氙气两相流动特性和传热传质特性,并且详细探究了氙气气液两相流在各种工况下的演变以及空间分布。总结了氙气两相流在局部漏热和绝热管路中流速、温度、干度和壁面换热系数的变化规律。最后研究了系统管路在不同恒定壁面热流密度和沿壁面线性变化热流密度两种加热方式时对不同管路直径和进口流速下氙气两相流动和相变传热特性的影响。揭示了不同加热功率和加热方式下工质流速、干度、温度和壁面换热系数的变化规律。对比分析了两种加热方式对两相流动及演变的影响效果,得出了非恒定壁面热流条件在节省能源的前提下能够起到与恒定热流作用效果相近的结论。
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