一种冷氦气瓶放气换热过程仿真方法
【专利摘要】一种冷氦气瓶放气换热过程仿真方法，通过建立气瓶固壁热容单元，根据集总参数方法分别建立冷氦气瓶内侧对流换热数学模型、外侧对流换热数学模型、金属瓶壁导热数学模型和冷氦气体压力温度计算数学模型，在系统仿真软件中建立仿真模型，考虑了介质对流、金属瓶壁热容和导热对气瓶内气体温度的影响，提高了冷氦气瓶充放气过程气体温度变化的仿真精度。
【专利说明】一种冷氦气瓶放气换热过程仿真方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种冷氦气瓶放气换热过程仿真方法，适用于低温动力运载火箭冷氦增压系统中冷氦气瓶在地面试验、飞行工作过程中的性能分析。
【背景技术】
[0002]低温动力运载火箭冷氦增压系统中，冷氦气瓶浸泡在液氢推进剂(20K)中。箭上工作过程中随着气瓶放气，冷氦气瓶温度首先会下降，后续由于推进剂出流、液氢液位下降，冷氦气瓶露出液面暴露在气枕之中，因为气枕温度明显高于液氢温度，导致后期冷氦气瓶温度上升。
[0003]现有的冷氦气瓶放气过热过程仿真方法，一般是基于集总参数法，将气瓶视为绝热容腔，气瓶温度、压力基于气体绝热膨胀公式计算:
【权利要求】
1.一种冷氦气瓶放气换热过程仿真方法，其特征在于步骤如下: (I)根据运载火箭的工作时序，确定冷氦气瓶暴露于贮箱气枕的时间和冷氦气瓶放气时序； (2 )根据集总参数方法建立冷氦气瓶内侧对流换热数学模型、外侧对流换热数学模型、金属瓶壁导热数学模型和冷氦气体压力温度计算数学模型； (3)根据步骤(2)中得到的数学模型，在系统仿真软件中建立运载火箭冷氦气瓶放气换热过程仿真模型； (4)根据运载火箭冷氦气瓶的真实工况，设置冷氦气瓶的结构参数和环境参数，同时结合在所述冷氦气瓶真实工况中冷氦气瓶的材料参数和介质物性参数，在系统仿真软件中进行所述冷氦气瓶的放气换热过程仿真。
2.根据权利要求1所述的一种冷氦气瓶放气换热过程仿真方法，其特征在于:所述步骤(2)中建立冷氦气体压力温度计算数学模型具体为:
3.根据权利要求1所述的一种冷氦气瓶放气换热过程仿真方法，其特征在于:所述步骤(2)中建立所述冷氦气瓶内侧对流换热数学模型具体为: 气瓶内气体与壁面之间的换热热流由下式计算:
δ Qi=IiciAi (T1-T) 式中，Ai为气瓶内壁面表面积Ji为气瓶内壁面温度；气体与气瓶内壁间对流换热系数hCi按下式计算:
4.根据权利要求1所述的一种冷氦气瓶放气换热过程仿真方法，其特征在于:所述步骤(2)中建立所述冷氦气瓶外侧对流换热数学模型具体为: 气瓶外壁面的换热热流由下式计算:
5Qo=hc0A0 (Tr-T0) 式中，Tf为与气瓶外壁面接触介质；A。为气瓶外壁面表面积；T。为气瓶外壁面温度；气体与气瓶内壁间对流换热系数he。按下式计算:
5.根据权利要求1所述的一种冷氦气瓶放气换热过程仿真方法，其特征在于:所述步骤(2)中建立所述金属瓶壁导热数学模型具体为: 气瓶内、外壁面间导热热流按下式计算:
6.根据权利要求1所述的一种冷氦气瓶放气换热过程仿真方法，其特征在于:所述系统仿真软件为 AMESim、EASY5 或 Flowmaster。
【文档编号】G06F17/50GK103473399SQ201310372753
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年8月23日 优先权日:2013年8月23日
【发明者】叶超, 陈二锋, 王海洲, 丁建春, 薛立鹏, 冉振华, 江海峰 申请人:北京宇航系统工程研究所, 中国运载火箭技术研究院