内角钝度对微重力下液体推进剂毛细流动特性的影响  被引量:2

Effect of Corner Roundedness on Capillary Flow of Liquid Propellants in Microgravity

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作  者:杨恩博 金宇鹏 杨光[1] 黄永华 王天祥 雷刚 吴静怡[1] YANG Enbo;JIN Yupeng;YANG Guang;HUANG Yonghua;WANG Tianxiang;LEI Gang;WU Jingyi(School of Mechanical Engineering,Shanghai Jiao Tong University,Shanghai 200240,China;State Key Laboratory of Technologies in Space Cryogenic Propellants,Beijing 100028,China)

机构地区:[1]上海交通大学机械与动力工程学院,上海200240 [2]航天低温推进剂技术国家重点实验室,北京100028

出  处:《上海交通大学学报》2023年第6期739-746,共8页Journal of Shanghai Jiaotong University

基  金:国家自然科学基金重点项目(51936006);航天低温推进剂技术国家重点实验室开放课题资助项目(SKLTSCP202005)。

摘  要:表面张力驱动下的内角流动理论为空间液体管理装置的设计提供重要支撑,其动态流动过程中的液体流量、流速、液面位置等参数是决定液体管理性能的关键因素.在实际应用中,受到加工条件的限制或为了提高机械承载能力,内角尖端通常存在一定的钝度.采用理论分析与实验验证相结合的方法,定量分析了钝度对内角流动特性的影响规律.结果表明,在钝度一定的条件下,液面运动距离与时间的1/2次方始终保持近似正比关系,且钝度越大毛细流动的速度越低.通过基于磁补偿原理的微重力模拟流动实验,初步验证理论模型的正确性.并将理论模型应用于以液氢和液氧为代表的低温推进剂的表面张力输运过程,发现不同条件下的流量变化规律,为低温推进剂表面张力式液体管理装置的设计提供重要基础数据.The theory of interior corner flow driven by surface tension provides an important support for design of liquid management devices in space.The flow rate,velocity,and liquid position are important factors to determine liquid management efficiency.In practice,due to machining precision or aiming to enhance the mechanical strength,the interior corner is often imperfect with a certain degree of roundedness.In this paper,the influence of corner roundedness on liquid flow characteristics is quantitatively analyzed by combining theoretical and experimental analysis.The results show that with a fixed corner roundedness,the height of liquid is always proportional to the square root of time.The velocity of capillary flow also decreases with the increase of corner roundedness.The present theoretical model is validated by the microgravity experiments based on magnetic compensation.Furthermore,the model is applied to simulate the capillary flow of liquid hydrogen and liquid oxygen.The variations of flow rate under different conditions are obtained,which provides important basic data for the design of liquid management devices for cryogenic propellant.

关 键 词:表面张力 内角 毛细驱动流 钝度 磁补偿 低温推进剂 

分 类 号:V511.6[航空宇航科学与技术—航空宇航推进理论与工程]

 

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