马原
- 作品数：27 被引量：98H指数：7
- 供职机构：西安交通大学能源与动力工程学院更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金国家重点实验室开放基金中国博士后科学基金更多>>
- 相关领域：航空宇航科学技术一般工业技术动力工程及工程热物理理学更多>>
- 低温流体微重力池沸腾气泡脱落特性研究被引量：5
- 2018年
- 研究微重力下的气泡动力学行为及其脱落特性是揭示微重力下流体沸腾换热机理的基础,而气泡处于空间复合弱力环境下,表现出不同于常规的特殊现象。以微重力下平板加热面上氢沸腾气泡为对象,展开了受力分析,考虑到Marangoni效应的影响,构建了受力平衡模型,进一步计算并分析了不同重力、压力、流体过冷度、壁面过热度下的气泡脱落直径。研究结果表明,当重力降低至某一临界值后,沸腾气泡存在3个不同尺度的脱落直径,且重力水平越低,气泡最大脱落尺寸越大,直径最大可达几十厘米。在常重力下,沸腾气泡仅存在0.01~0.1mm量级的脱落直径,压力对常重力与微重力下气泡脱落直径的影响差异显著,随着压力的升高,常重力气泡脱落直径不断减小,而微重力下最大气泡脱落直径有所增大;在微重力下,流体温度越低则过冷度越大,因此气泡最大脱落直径也越大,液氢过冷度每提高1K,最大气泡脱落直径增大约10%。当重力一定时,存在临界壁面过热度,且只有当壁面过热度超过该临界值时,沸腾气泡才会存在3个脱落直径。当压力越高、流体温度越低时,该临界过热度越小。
- 马原孙培杰李鹏王磊厉彦忠
- 关键词：微重力
- 微重力环境低温流体无排气加注过程数值研究被引量：5
- 2017年
- 针对加注系统受注贮箱,采用CFD方法就液氮贮箱无排气加注过程开展数值仿真,对比了不同重力水平下的无排气加注性能,分析了加注口结构、壁面初始温度、加注流体温度和加注流量等因素对微重力无排气加注性能的影响规律。所构建的二维轴对称模型将流体区与固壁区一起作为求解区域并划分网格,并通过植入用户自定义程序(UDF)计算加注口液体闪蒸过程及气液之间的热质交换。经过实验数据验证,该模型能够合理展示箱内温度场分布和相分布情况,并获得贮箱压力等参数变化信息。数值计算结果表明:(1)加注条件相同时,微重力工况较常重力工况体现出更好的无排气加注性能。(2)微重力条件下,无排气加注性能几乎不受加注口结构的影响,壁面初始温度和加注流体温度越高,贮箱压力越高,加注流量仅对加注时间有显著影响。
- 马原王磊孙培杰李鹏厉彦忠
- 关键词：微重力液氮
- 液氢贮箱微重力喷射降压特性数值模拟研究被引量：5
- 2018年
- 为研究在轨环境下,热力学排气系统对低温推进剂贮箱的控压性能,采用CFD方法对微重力条件下液氢贮箱内过冷液体喷射过程开展数值模拟研究,对比计算不同喷射区域、喷射流量、喷射速度等因素对箱内物理场分布与压力变化的影响。计算结果表明,低流量流速下,气相区喷射流体无法形成射流,将在喷口处堆积成液团并逐渐积累,降压效果较弱;而液相区喷射几乎没有降压效果。随着流量流速增大,喷射降压效果均有提升。低流量时,气-液相区喷射可以认为是气、液相区单独喷射的叠加,随着流量流速增大,射流对于气、液相区扰动具有交互影响,不再具有叠加性。整体来看,气-液相区喷射降压性能优于单独区域喷射,液相区喷射降压效果最弱。
- 马原孙培杰李鹏厉彦忠王磊
- 关键词：微重力
- 低温推进剂在轨加注技术与方案研究综述被引量：26
- 2016年
- 为了探究适用于低温推进剂在轨加注的相关技术与方案,通过文献调研与对比分析,介绍国内外在轨加注技术的研究现状,梳理低温推进剂在轨加注的关键技术,研究现有加注技术与方案对低温推进剂的适用性,并提出我国开展相关研究的思路与方向。研究表明:1)气液分离、蒸发量控制、质量测量和流体驱动循环等技术是直接影响推进剂在轨加注系统结构与加注性能的关键技术;2)低温推进剂具有沸点低、表面张力小等特殊性,对气液分离、系统热防护等技术的性能要求更高;3)表面张力式气液分离、纤维镜或射频质量检测、多层隔热材料、热力学排气系统(TVS)以及无排气加注等先进技术方案对低温流体和微重力环境均具有更好的适用性,将成为实现低温推进剂在轨加注的关键突破口。
- 马原厉彦忠王磊朱康徐孟健
- 关键词：低温推进剂深空探测气液分离
- 燃气发生器内气体吹除过程压降特性实验研究被引量：1
- 2023年
- 为了提高运载火箭变推力调节过程中气体吹除乳化技术的成熟度,使液体燃料在低流量条件下流经喷注器时能够保持足够高的压降水平,并实现充分雾化,通过实验手段,以水和氮气为工质,针对某型号燃料头腔开展了单相液及气液两相对比实验,定量分析气体吹除乳化过程对压降水平的提升效果,基于泊金汉定理提出了一种可描述高速气液两相流混合乳化过程压降特性的数学模型。研究结果表明:气体吹入可显著提高燃料流经燃气发生器产生的压降;单相流动时,压降最高产生于阀芯处,且压降随液体流量的升高呈指数形式,而两相流动的最大压降产生于乳化混合段,且液体流量一定时,压降与气体流量呈现线性规律。通过定义无量纲参数乳化数E表征气体吹除乳化过程气液两相撞击时的动量交换强度,所建立的压降模型计算结果与实验数据的平均误差为4.38%,能够较为准确地预测气体吹除乳化过程的两相压降特性。
- 孙靖阳马原张淼王飞厉彦忠
- 关键词：燃气发生器气液两相流
- 航天低温推进剂在轨加注方案与关键技术研究
- 加注技术是提高航天器经济效益、延长航天器飞行时间和拓展更远距离深空探测的重要手段.通过文献调研与对比分析,介绍了国内外在轨加注技术的研究现状,梳理了实现低温推进剂在轨加注的关键技术与挑战,提出了我国开展相关研究的思路与方...
- 马原厉彦忠王磊朱康徐孟健
- 关键词：航天器低温推进剂气液分离
- 多层材料/气冷屏传热二维模型与绝热性能
- 2024年
- 为更加准确地指导低温贮箱多层绝热(VD-MLI)/气冷屏(VCS)复合绝热结构的设计,建立了VD-MLI/VCS二维模型.考虑了VCS内蒸气升温对绝热性能空间分布的影响,并就传统一维模型和新建二维模型的预测能力与复合绝热结构的传热规律开展了对比分析.结果显示:VCS布置于VD-MLI第16层时漏热热流最小,为0.11 W/m^(2),最小漏热处一维模型对贮箱漏热量产生9%的低估;沿氢气流动方向贮箱漏热热流从0.02 W/m^(2)升高至0.23 W/m^(2),VCS冷却效果逐渐减弱.VD-MLI/VCS绝热结构的温度场随VCS的位置改变呈现不同形式的二维分布,造成贮箱各处绝热性能不一致,建议在VD-MLI总厚度的26.7%~68.3%内布置VCS.
- 黄奕宁王磊马原厉彦忠
- 关键词：低温贮箱绝热性能
- 燃气发生器头腔吹除乳化过程压降特性及出流均匀性数值研究
- 2024年
- 气体吹除乳化技术可以大幅提高燃料流经燃气发生器时产生的压降,从而满足变工况下燃料的雾化及燃烧需求。目前气体吹除后燃气发生器内压降变化的定量规律还不清晰,为此,采用数值模拟的方法,对某型号燃气发生器全域及局部喷嘴进行了变工况计算,得到了氮气吹除过程中燃气发生器内煤油的相、速度以及压力分布规律,并针对喷嘴处的单相流及多相流压降特性进行拟合分析。结果显示:不同喷嘴处的煤油相分布具有不均匀性,喷嘴间流量差距可达66%;使用氮气吹除后的喷嘴处压降相较于煤油单相流可提升1.64倍以上,且喷嘴处的气体单相流压降特性系数随背压呈现线性变化规律,而煤油单相流阻力系数则与流量呈现幂函数规律;基于马尔基涅利公式提出了燃气发生器喷嘴处压降特性的集总参数模型,与数值计算结果及实验结果的平均误差为3.93%,具有较好的预测性。
- 孙靖阳毛红威马原厉彦忠
- 关键词：燃气发生器气液两相流
- 低温液氧过冷方案对比分析与试验研究
- 2023年
- 从燃料密度、显冷量和贮箱增压压力等方面阐述了采用过冷液氧推进剂的性能优势。以获取66 K过冷液氧为目标,从低温工质消耗、功率消耗、系统复杂性和安全性等多个方面对液氧抽空减压、负压液氮浴换热和氦制冷循环3种过冷方案进行了定量与定性对比。针对液氮浴过冷技术进一步对比了单级与两级过冷方案,最终建议采用常压+负压两级液氮浴过冷方案获取66 K深度过冷液氧,并基于该方案搭建了半工业级液氧深度过冷验证平台,成功将液氮过冷至66 K以下。试验表明在0~3 L/s的液氧流量范围内,由于管道漏热,液氧过冷加注过程中其温度随着流量增大而降低。本试验验证了两级液氮浴过冷方案的可行性,为低温火箭发射场推进剂加注系统升级提供了理论及技术参考。
- 孙强马原高炎高强厉彦忠
- 含固氧颗粒的液氢传输管路中静电积聚仿真研究
- 2024年
- 为探究含固态氧颗粒的液氢管道传输中静电积聚规律,基于COMSOL Multiphysics软件,开展了液氢-固氧体系荷电规律仿真预示。采用拉格朗日颗粒轨道法与计算流体动力学分别描述连续液氢流与离散固氧颗粒的运动,采用Materials Studio软件计算获得固氧电学性质,并通过电容器法描述固氧颗粒碰撞起电规律,实现固液两相流与静电场的耦合求解。仿真结果发现,当液氢流速为10 m·s^(-1),固氧颗粒粒径为1000μm时,固氧颗粒比电荷达10μC·kg^(-1),颗粒饱和电量约为84 pC,两相流电荷密度为2.84×10^(-4)C·m^(-3),较纯液氢流静电大8个量级。随着颗粒-壁面碰撞次数增多,颗粒荷电量趋于饱和。管流参数对荷电规律影响显著,颗粒比电荷随颗粒质量流量增加略有降低,随管长增加和管径减小而增大,随液氢流速增加呈现先减小后增大的趋势,即存在极小值。颗粒物性也会对荷电量产生影响,颗粒比电荷随粒径增大存在极小值和极大值,颗粒杨氏模量、电阻率、密度等也对荷电规律具有一定影响。研究工作可为液氢传输系统设计与安全防护提供理论支撑。
- 田雪皓刘柏文王磊马原厉彦忠雷刚陈强
- 关键词：液氢
