Page 77 - 《真空与低温》2026年第2期

196 真空与低温 第 32 卷 第 2 期

−2
在相同的循环流量和排气率下，喷嘴尺寸越小，压 基于正交实验法对 0.5 W·m 漏热下 TVS 不
降越迅速。原因是喷嘴尺寸小，喷射速率大，喷射 同参数对压降时间的影响结果分析，可以得出，在
流体对气液界面处流体的对流换热强化效果越明 该 16 组正交试验中对液氢而言，TVS 最佳参数为
显，且由于喷射速率大，低温流体到达气枕更早，使 循环泵流量为 0.04 kg·s ，节流阀背压为 10 kPa，排
−1
得升压时间和压降时间均缩小。 气率为 4%，喷嘴尺寸为 0.010 m（Case13），此时压

50 降时间为 2.68 h，循环泵流量为 0.01 kg·s −1
图 9 为 16 种工况下降压结束时，储罐内的温度
40
云图（左）和速度云图（右）。可以看出，所有工况下
降压时间/h 30 最高温度均出现在流动滞止区域，主要原因为该区

域的换热主要以导热形式进行。结合速度云图发
20
现，随着循环流量的增加，储罐内下部液体的流动
增强，喷射的冷流区域更深远，从而降低了贮箱下
10
部流体的温度。综合对比来看，当循环流量为
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0 0.040 kg·s 时，贮箱内流体的温度均一性更优，主
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Case
流液体的温差在 0.4 K 以下，而当循环流量较小时
（0.005 kg·s ），喷射流体影响区域范围有限，使得
−1
图 8 喷射过程中不同工况下的降压时间
Fig. 8 Depressurization time different working conditions 贮箱下半部分液体的温度明显低于上半部分液体
during injection process 温度。

温度/K 速度/（m·s ）
−1
21.0 0.010
20.6 0.008
20.2 0.006
19.8 0.004
19.4 0.002
19.0 0
（a）Case1 （b）Case2 （c）Case3 （d）Case4 （e）Case5 （f）Case6 （g）Case7 （h）Case8
−1
温度/K 速度/（m·s ）
21.0 0.010
20.6 0.008
20.2 0.006
19.8 0.004
19.4 0.002
19.0 0
（i）Case9 （j）Case10 （k）Case11 （l）Case12 （m）Case13 （n）Case14 （o）Case15 （p）Case16

图 9 降压结束温度云图（左）及速度云图（右）
Fig. 9 Temperature（left）and velocity（right）distribution after depressurization

3.3 参数影响权重分析与优化 排气率为 2%（Case2）时达到最大32.076 kg，在循环
−1
实验中贮箱一次压降的排气量为评估 TVS 性 泵流量为 0.01 kg·s ，排气率为 1%（Case1）时达到最
能的重要指标，因排气量代表推进剂损失，其值越 小，最大最小值均出现在循环泵流量为 0.01 kg·s −1
小表征在轨推进剂储存时间越长，TVS 性能越优， 的工况下。另外可以观察到随着流量增大，排气量
因此有必要研究不同工况下的排气量。贮箱排气 大小趋于平均，Case11 至 Case16 排气量大小变化
量的计算公式为： 不大。由式（19）可知排气量与排气率和循环泵流
量均呈正相关，故易知在相同循环泵流量下同时出
˙ m = φ∆tm （19）
现排气率最大最小值是因为 Case1 压降时间远远
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式中： ˙ m为排气量，kg；φ 为排气率；m 为循环泵流量， 小于 Case2，而在循环泵流量最小（0.01 kg·s ）的工
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kg·s ；∆t 为压降时间，s。 况下 Case2 的排气量远高于其他组的原因是其压
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如图 10 所示，排气量在循环泵流量为 0.01 kg·s ， 降时间 44.55 h 远高于别组工况下的压降时间。