[发明专利]一种可抑制重力影响的两相流体系统的特征参数设计方法有效

专利信息
申请号: 201811603303.7 申请日: 2018-12-26
公开(公告)号: CN109858086B 公开(公告)日: 2023-04-14
发明(设计)人: 李劲东;王玉莹;钟奇;宁献文;吕巍;李享;苗建印 申请(专利权)人: 北京空间飞行器总体设计部
主分类号: G06F30/15 分类号: G06F30/15;G06F119/08
代理公司: 北京理工大学专利中心 11120 代理人: 郭德忠;仇蕾安
地址: 100094 *** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 可抑制 重力 影响 两相 流体 系统 特征 参数 设计 方法
【权利要求书】:

1.一种可抑制重力影响的两相流体系统的特征参数设计方法,在两相流体系统中,表征两相流体系统与重力相关特性的无量纲参数分别为Bond数Bo、Froude数Fr、Grashof数Gr、Reynolds数Re及Rayleigh数Ra;其定义分别为:

其中,ρ为流体的密度,且ρ=ρlv,ρl为流体中气体的密度,ρv为流体中液体的密度,g为重力加速度,d为液体表面间的特征距离,即两相流体系统的特征参数,u为流体流速,σ为流体的表面张力,α为流体的热膨胀系数,ν为流体的运动粘度,ΔT为两相流体系统中液体的内部温差,k为热扩散率;

其特征在于,所述特征参数设计方法的具体步骤如下:

第一步,根据两相流体系统内的气液流动及气液分布的特点,确定两相流体系统的工作模式,所述工作模式包括:有强制对流的情况、有强制对流和毛细力共同作用的情况、无自由流动界面的Rayleigh-Bénard对流的情况中的任一种或一种以上的组合情况;

第二步,根据两相流体系统所处的工作模式,分析在1g的重力条件下,浮力、表面张力、惯性力、重力、温度变化引起的浮力与黏性力对两相流体的影响,并计算得到特征参数d的取值范围;分析及计算过程如下:

(1)有强制对流的情况:

若要忽略重力对两相流体系统内对流换热的影响,两相流体系统应满足:

即,特征参数d应满足:

(2)有强制对流和毛细力共同作用的情况:

若要忽略重力对两相流体系统内对流换热的影响,两相流体系统应满足:

即,特征参数d应满足:

(3)无自由流动界面的Rayleigh-Bénard对流的情况:

第一种,介质为非多孔介质,若要忽略重力对两相流体系统内对流换热的影响,两相流体系统应满足:

即,特征参数d应满足:

第二种,介质为多孔介质,用公式(11)所示修正的Ra数代替公式(5)所示的Ra数,即

其中,K为多孔介质渗透率,且K=f(ε)dp2,f(ε)为关于孔隙率的表达式,dp为组成多孔介质的微粒尺寸;

因此,若要忽略重力对两相流体系统内对流换热的影响,两相流体系统应满足:

由于dp≤d,即若则必然使得因此,特征参数d应满足:

综上,若要忽略重力对两相流体系统内对流换热的影响,航天器气液两相流体系统的特征参数d应当满足公式(10)或公式(13);

(4)若是以上三种情况中的任两种组合时:

在地面试验过程中,若要实现两相流体系统整个工作区间的重力无关设计,抑制重力引起的浮力对流的影响,其特征参数应同时满足其对应情况的重力无关条件,即同时满足其对应情况的公式(9)、公式(10)或公式(13)的交集,该交集作为准则对空间两相流体系统的特征参数进行设计。

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