[发明专利]一种冷氦气瓶放气换热过程仿真方法

说明书

技术领域

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

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。

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：

T=T0(pp0)n-1n]]>

p=(M0-M.t)ZRTV]]>

这种方法的不足在于，冷氦气瓶充放气真实过程并非绝热过程，气体绝热膨胀公式完全不能考虑热环境对于气体压力、温度的影响。

另外一种计算方法是根据试验、遥测数据拟合气瓶外壁面换热系数，或者直接应用试验、遥测数据模拟冷氦气瓶的温度、压力变化规律。这种方法的不足在于，根据已知数据拟合的换热系数仅适用于特定工况，普适性差。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种冷氦气瓶放气换热过程仿真方法，建立一种计算结果规律真实、数值准确、适用于普遍工况的计算方法，用于箭上冷氦气瓶放气换热过程仿真。

本发明的技术解决方案是：

一种冷氦气瓶放气换热过程仿真方法，步骤如下：

（1）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。

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：