Page 75 - 《真空与低温》2026年第2期

194 真空与低温 第 32 卷 第 2 期

36 289 设置四个水平。其中，排气率定义为节流阀处流体
150
48 497
57 686 的质量流量与循环总质量流量之比；喷嘴尺寸 l n 的
140 67 890 大小影响喷射流体的速度。基于 L16 正交表，将全
81 075 因子所需的 256 组工况简化为 16 组代表性工况，
压力/kPa 120 101 试验方案如表 3 所列。
130
压力/kPa
110 100 表 3 16 组正交试验表
13.0 13.2 Tab. 3 16 sets of orthogonal experiments
100 时间/h
−1
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Case M/（kg·s ） p/kPa φ/% l n /m
时间/h 1 0.01 10 0.01 0.005
2 0.01 20 0.02 0.010
图 3 不同网格下的降压过程图
3 0.01 30 0.03 0.025
Fig. 3 Depressurization process under different grids
4 0.01 40 0.04 0.050

0.1 s 5 0.02 10 0.02 0.025
150
1.0 s 6 0.02 20 0.01 0.050
5.0 s
140 10.0 s 7 0.02 30 0.04 0.005
8 0.02 40 0.03 0.010
压力/kPa 120 152 10 0.03 10 0.03 0.050
130
9
0.04
0.03
0.025
20
压力/kPa 150 11 0.03 30 0.01 0.010
110 148
146 12 0.03 40 0.02 0.005
0 0.8 1.6
100 时间/h 13 0.04 10 0.04 0.010
0 2 4 6 8 10 12 14 14 0.04 20 0.03 0.005
时间/h 15 0.04 30 0.02 0.050
16 0.04 40 0.01 0.025
图 4 不同时间步长下的降压过程图

Fig. 4 Depressurization process under time steps
3 结果与讨论
储罐内的液态氢初始温度为对应于 100 kPa 的
3.1 自增压过程
饱和温度 20.324 K，所有属性均通过 NIST 参考流
−5
在 10 g 的微重力下，储罐中的低温液态氢的
体属性数据库获得，如表 2 所列。
温度和压力因壁面恒定的热负荷而升高。图 5 显
表 2 氢的物性 示了储罐中的压力随时间的变化。164.75 h 后，压
Tab. 2 Physical properties of hydrogen 力从 100 kPa 线性上升至 150 kPa。
参数 数值
压力
−3
ρ l /（kg·m ） 70.899 150
−3
ρ v /（kg·m ） 1.316 4 140
−1
−1
c l /（J·kg ·K ） 12 565.960 0−830.481 4T 1 +34.039 7T 1 2
c v /（J·kg ·K ） 12 686.950 0−217.550 2T v +5.250 1T v 2 压力/kPa 130 控压范围
−1
−1
−4
k l /（W·m ·K ） 0.049 5+0.005 1T l −1.200 0×10 T v 2 120
−1
−1
k v /（W·m ·K ） 0.009 6−4.847×10 T v +4.255 1×10 T v 2
−1
−4
−1
−5
110
−6
−8
−5
u l /（Pa·s） 6.089 9×10 −3.548 7×10 T 1 +5.995 2×10 T l 2
−1
L /（J·kg ） 221 539.553 7+26 876.412 8T 1 −771.941 5T l 2 100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
2.2 正交试验设计 时间/h
为系统研究 TVS 关键参数的影响并减少计算
图 5 升压过程中的压力变化
量，本研究采用正交试验法。喷嘴的数量为 3 个，
Fig. 5 Pressure variation during pressurization process
选取循环泵流量 m，节流阀背压 p，排气率 φ 及喷嘴
尺寸 l n 四个关键操作参数作为研究因素，每个因素 图 6 显示当压力升至 150 kPa 时储罐中的温度