Page 85 - 《真空与低温》2026年第1期

82 真空与低温 第 32 卷 第 1 期

别为 0.34% 和 0.22%；气相区计算偏差略大于液相 区域温度梯度明显大于液相区，整体温度增幅较为
区，分别为 0.60% 和 0.59%。在液氮升温过程中， 平均。模型在气相区顶部区域计算结果与实验
液相区靠近贮箱底部区域温度始终保持较低的温 数据几乎重合，偏差仅分别为 0.40% 和 0.41%；而
度梯度，整体温升较小，低于 1 K；而在液相区上方 模型在靠近相界面的气相区域计算预测值偏高，计
靠近气液界面区域，初始状态无温度梯度，随时间 算结果显示两相的温度由气液界面分割后存在
推移温度梯度逐渐增大，模型在该区域较好地反映 一个微小的阶跃，使得该区域偏差分别达到 1.2%
了温度梯度的产生与温度分布的演变过程。气相 和 1.0%。

140 计算值: 70%/2.5 W
150
实验值: 70%/2.5 W
135 计算值: 50%/1.2 W
140
实验值: 50%/1.2 W
130 130
压力/kPa 125 压力/kPa

120 计算值: 90%/54.1 W 120
实验值: 90%/54.1 W 110
115 计算值: 50%/51 W
实验值: 50%/51 W
100
0 10 000 20 000 30 000 40 000 50 000 0 500 1 000 1 500 2 000 2 500 3 000 3 500 4 000
时间/s 时间/s
（a）LH 2 （b）LN 2

图 3 贮箱气枕区自增压过程
Fig. 3 Self-pressurization of the propellant tank

0.225 0.225
0.200 0.200
0.175 0.175
0.150 0.150
H/m 0.125 H/m 0.125
0.100 0.100
0.075 T fluid cal , t=0 min T fluid exp , t=0 min 0.075 T fluid cal , t=0 min T fluid exp , t=0 min
T fluid cal , t=20 min T fluid exp , t=2 min T fluid cal , t=20 min T fluid exp , t=2 min
0.050 0.050
T fluid cal , t=40 min T fluid exp , t=40 min T fluid cal , t=40 min T fluid exp , t=40 min
0.025 0.025
T fluid cal , t=60 min T fluid exp , t=60 min T fluid cal , t=60 min T fluid exp , t=60 min
0 0
76 78 80 82 84 86 88 76 78 80 82 84 86 88
T/K T/K
ča）70%充注率 （b）50%充注率
图 4 液氮贮箱内温度分布
Fig. 4 Temperature distribution inside the tank

3.2 微重力条件下的模型验证 条件下的推进剂自增压过程具有关键参考价值。
为验证模型在微重力环境下的适用性，本文选 该实验装置核心为一个容积 50 L 的圆柱形贮箱，
取 Kassemi 等 [9] 用液甲烷贮箱在常重力和微重力 其内半径为 20.3 cm，高度为 30.3 cm，上下端采用椭
下测得的实验数据。该实验由在 NASA Glenn Re- 球形封头结构，如图 5 所示。贮箱内部设有相控制
search Center 与 Case Western Reserve University 合 组件，包括一块位于底部的多孔板及板上安装的六
作开展，是目前唯一公开发表的常重力与微重力下 个锥形挡板，用于在微重力条件下维持流体处于准
液甲烷自增压对比实测数据，对本文研究不同重力 稳定状态，有效管理气液分布。贮箱总漏热为 8 W，