低溫液氮管路預冷實驗研究

施軼煒 王 文 耑 銳 張 亮 金 鑫

（1 上海交通大學機械與動力工程學院 上海 200240）

（2 上海宇航系統工程研究所 上海 201108）

1 引言

低溫流體在能源、航天、電子冷卻等領域有廣泛的應用背景。近十幾年來,低溫流體的應用領域得到不斷擴展,不僅用作航天領域發動機的推進劑以及在軌預冷的制冷劑,還被用來冷卻計算機硬件以增加計算速度[1]。使用低溫流體對輸運管路進行預冷是低溫流體輸運中的一項重要工藝流程。國內外學者多以仿真計算和實驗驗證相結合的方式對低溫流體管內流動換熱進行研究。

Velat 等[2]以水平管路中的液氮作為實驗對象,通過多工況實驗發現液氮的質量流量對水平管內流型分布具有很大的影響。Hu 等[3]開展了豎直方向的液氮管路冷卻實驗,探究豎直管路冷卻速率與管內的流型變化,發現豎直向上管路的冷卻時間比豎直向下管路更長,臨界熱流密度更小。Hartwig 等[4]通過豎直管路預冷實驗,比較了液氮和液氫在流型轉變和換熱特性上的差距,發現液氮預冷管路以膜態沸騰為主,而液氫預冷管路膜態沸騰持續時間較短。劉海飛等[5]搭建了低溫水平加注管路系統預冷實驗,并安裝了可視化觀察窗以觀察水平管路流型的瞬態變化。Jin 等[6]采用液氮作為工質,研究了長距離輸送管的預冷特性,并通過實驗數據對經驗公式進行了修正。Darr 等[7-8]以不銹鋼管道作為實驗對象,開展不同流向的預冷實驗,發現豎直方向管路的預冷效率優于水平和傾斜管路。……