一種冷氦氣瓶放氣換熱過程仿真方法
【專利摘要】一種冷氦氣瓶放氣換熱過程仿真方法，通過建立氣瓶固壁熱容單元，根據(jù)集總參數(shù)方法分別建立冷氦氣瓶內側對流換熱數(shù)學模型、外側對流換熱數(shù)學模型、金屬瓶壁導熱數(shù)學模型和冷氦氣體壓力溫度計算數(shù)學模型，在系統(tǒng)仿真軟件中建立仿真模型，考慮了介質對流、金屬瓶壁熱容和導熱對氣瓶內氣體溫度的影響，提高了冷氦氣瓶充放氣過程氣體溫度變化的仿真精度。
【專利說明】一種冷氦氣瓶放氣換熱過程仿真方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種冷氦氣瓶放氣換熱過程仿真方法，適用于低溫動力運載火箭冷氦增壓系統(tǒng)中冷氦氣瓶在地面試驗、飛行工作過程中的性能分析。
【背景技術】
[0002]低溫動力運載火箭冷氦增壓系統(tǒng)中，冷氦氣瓶浸泡在液氫推進劑(20K)中。箭上工作過程中隨著氣瓶放氣，冷氦氣瓶溫度首先會下降，后續(xù)由于推進劑出流、液氫液位下降，冷氦氣瓶露出液面暴露在氣枕之中，因為氣枕溫度明顯高于液氫溫度，導致后期冷氦氣瓶溫度上升。
[0003]現(xiàn)有的冷氦氣瓶放氣過熱過程仿真方法，一般是基于集總參數(shù)法，將氣瓶視為絕熱容腔，氣瓶溫度、壓力基于氣體絕熱膨脹公式計算:
【權利要求】
1.一種冷氦氣瓶放氣換熱過程仿真方法，其特征在于步驟如下: (I)根據(jù)運載火箭的工作時序，確定冷氦氣瓶暴露于貯箱氣枕的時間和冷氦氣瓶放氣時序； (2 )根據(jù)集總參數(shù)方法建立冷氦氣瓶內側對流換熱數(shù)學模型、外側對流換熱數(shù)學模型、金屬瓶壁導熱數(shù)學模型和冷氦氣體壓力溫度計算數(shù)學模型； (3)根據(jù)步驟(2)中得到的數(shù)學模型，在系統(tǒng)仿真軟件中建立運載火箭冷氦氣瓶放氣換熱過程仿真模型； (4)根據(jù)運載火箭冷氦氣瓶的真實工況，設置冷氦氣瓶的結構參數(shù)和環(huán)境參數(shù)，同時結合在所述冷氦氣瓶真實工況中冷氦氣瓶的材料參數(shù)和介質物性參數(shù)，在系統(tǒng)仿真軟件中進行所述冷氦氣瓶的放氣換熱過程仿真。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種冷氦氣瓶放氣換熱過程仿真方法，其特征在于:所述步驟(2)中建立冷氦氣體壓力溫度計算數(shù)學模型具體為:
3.根據(jù)權利要求1所述的一種冷氦氣瓶放氣換熱過程仿真方法，其特征在于:所述步驟(2)中建立所述冷氦氣瓶內側對流換熱數(shù)學模型具體為: 氣瓶內氣體與壁面之間的換熱熱流由下式計算:
δ Qi=IiciAi (T1-T) 式中，Ai為氣瓶內壁面表面積Ji為氣瓶內壁面溫度；氣體與氣瓶內壁間對流換熱系數(shù)hCi按下式計算:
4.根據(jù)權利要求1所述的一種冷氦氣瓶放氣換熱過程仿真方法，其特征在于:所述步驟(2)中建立所述冷氦氣瓶外側對流換熱數(shù)學模型具體為: 氣瓶外壁面的換熱熱流由下式計算:
5Qo=hc0A0 (Tr-T0) 式中，Tf為與氣瓶外壁面接觸介質；A。為氣瓶外壁面表面積；T。為氣瓶外壁面溫度；氣體與氣瓶內壁間對流換熱系數(shù)he。按下式計算:
5.根據(jù)權利要求1所述的一種冷氦氣瓶放氣換熱過程仿真方法，其特征在于:所述步驟(2)中建立所述金屬瓶壁導熱數(shù)學模型具體為: 氣瓶內、外壁面間導熱熱流按下式計算:
6.根據(jù)權利要求1所述的一種冷氦氣瓶放氣換熱過程仿真方法，其特征在于:所述系統(tǒng)仿真軟件為 AMESim、EASY5 或 Flowmaster。
【文檔編號】G06F17/50GK103473399SQ201310372753
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月23日 優(yōu)先權日:2013年8月23日
【發(fā)明者】葉超, 陳二鋒, 王海洲, 丁建春, 薛立鵬, 冉振華, 江海峰 申請人:北京宇航系統(tǒng)工程研究所, 中國運載火箭技術研究院