微重力環境下低溫推進劑貯箱內氣泡運動及融合特性研究

低溫貯箱在空間在軌運行中會受到其他擾動,如變軌、燃料補給等,“氣枕”原有構型存在破壞的可能,發生破裂與重組,形成分散于液相區的小氣泡,彌散于整個貯箱內。對于可能出現在貯箱內任何位置的不同尺寸氣泡,其受到微弱的殘余重力所產生的浮力、液體的黏滯力及表面張力等多個力場的復雜耦合作用,使得微重力下氣泡的分布與運動特性研究變得較為困難,并且直接關系到微重力下低溫貯箱內“氣枕”集中

處理假定的理論合理性乃至對外排氣降壓過程的高效性

,成為影響到貯箱內壓力動態變化模型構建的關鍵難點。

國內外對于氣泡運動及融合特性開展了大量數值仿真研究。Pu等

運用Level Set法模擬了常重力和微重力下兩氣泡的融合過程,結果表明兩種工況下氣泡周圍速度場類似但常重力下氣泡尾部的漩渦更強,氣泡形變大且融合時間短。Alhendal等

利用VOF法研究微重力下氣泡在非均勻熱場情況下由氣泡表面張力所引起的馬拉戈尼運動,研究空間環境下不同半徑的氣泡在不同熱場下的上升運動規律,探討不同的準則數對氣泡運動的影響規律,驗證了VOF法在微重力下追蹤氣液兩相界面的可行性。Wang等

利用VOF方法開展了微重力液氧貯箱內液上氣下時兩相分布隨時間的變化,結果表明在微重力條件下,無論箱內氣液界面的初始分布狀態如何,貯箱內氣液兩相流體均會最終形成氣相被液體包裹并穩定在箱頂的形態。……