Page 87 - 《真空与低温》2026年第1期

84 真空与低温 第 32 卷 第 1 期

况进行分析，给出了常重力（a）（b）与变重力条件下 段 2 和阶段 4，分别出现了温度的略微降低和升高，
（c）（d）贮箱内不同位置处气液相的温度随时间变 这与变重力条件下的压力变化趋势类似；而气相区
化规律。其中图 8（c）（d）对应重力加速度值变化曲 的温度变化在阶段 1、阶段 2 和阶段 4 更为明显，
−5
2
线为图 7（a），阶段 3 微重力水平为 10 m/s 。常重力 虽然同样在整体水平分别呈现温度的略微降低和
与变重力条件下，气相区温度均整体高于液相温度， 升高，但是越靠近气枕区上方，温度变化越显著。x =
且温度梯度较液相区域更为显著。在常重力环境下， 3.043 m 处的气相节点温度在阶段 4 出现了明显的
气相温度随时间呈现出持续的上升趋势，且主要在 快速上升后又波动甚至回落的现象。说明越靠近
开始阶段增长迅速；而液相温度则随时间变化较为 气枕区顶部，气相温度对重力加速度值响应的敏感
平缓，整体维持在相对稳定的低水平状态。在变重 程度越高，更易造成贮箱内部热力学状态偏离稳定
力条件下，液相温度的变化特征整体水平与常重力 状态。削弱气枕区上方热分层可能是加强变重力
时相近，但在重力加速度值变化过程的阶段 1、阶 过程下贮箱热力学稳定性的有效途径。

30 30
液相 气相
28 28
x=0.050 m x=2.558 m
x=0.400 m x=2.624 m
26 26 x=0.750 m x=2.696 m
T/K x=1.100 m x=2.760 m
24 24 x=1.450 m x=2.832 m
x=1.800 m x=2.896 m
x=2.150 m x=2.968 m
22 22 x=2.500 m x=3.043 m
20 20
0 50 100 150 200 250 300 0 50 100 150 200 250 300
时间/min 时间/min
（a）常重力条件下气液相节点 （c）变重力条件下气液相节点
21.0 21.0
液相
20.9 20.9 x=0.050 m
x=0.400 m
x=0.750 m
T/K 20.8 20.8 x=1.100 m
x=1.450 m
x=1.800 m
20.7 20.7 x=2.150 m
x=2.500 m
20.6 20.6
0 50 100 150 200 250 300 0 50 100 150 200 250 300
时间/min 时间/min
（b）常重力条件下液相节点 （d）变重力条件下液相节点

图 8 液氢贮箱气液相节点温度变化过程
Fig. 8 Temperature evolution of vapor–liquid phase nodes in the LH 2 tank

50
4.3 对流换热功率对自增压及热分层特性的影响
为探究重力加速度值的瞬时变化对贮箱内压 40
力与温度的影响，从气液相与壁面之间的对流换 对流换热功率/W 30
热功率变化角度进行研究分析。图 9 展示了液氢 20
贮箱在常重力下气液相区域与壁面的对流换热 气相对流换热功率
10 液相对流换热功率
功率。可以发现液相与壁面换热功率远高于气相，
0
在模拟开始后迅速达到 50 W 的水平，之后几乎保
0 5 000 10 000 15 000 20 000
持不变；而气相区域与壁面换热功率则从 0 逐渐增 时间/s
长至 5 W，之后缓慢递减。在变重力情景下，该差
图 9 常重力下气液相与壁面对流换热功率变化过程
异仍然存在，且在微重力恢复至常重力阶段更为
Fig. 9 Convective heat transfer of the gas and liquid phases
显著。
with the tank wall