- 梁鸽;李轲;王磊;厉彦忠;
低温火箭推进剂贮箱增压输送过程中，高速增压气体可能冲击液面，导致推进剂过量损失与增压失效问题。论文构建了液氢贮箱高液体充注率下的气体增压三维数值模型，研究了增压气流冲击下液面破碎和液体飞溅现象及其对增压效果的影响。采用三维壳传导模型代替固体壁面全结构模型，描述流固间耦合换热，对比分析了增压气体通过水平出口、半球形出口、垂直出口等不同消能器结构后气流冲击强度与增压性能。结果表明，垂直出口消能器注入高速气流直接冲击液面，发生液体飞溅及液相-气壁间歇接触现象，导致液体推进剂损失加剧。液相飞溅引起气液换热增强及气枕温度下降，造成贮箱压力下降与增压失效。增压效果的能量构成中，输入能量仅有18%～41%用于气枕增压，其余能量产生液相温升；对于冷气体增压方案，输入贮箱的能量由两部分构成，包括增压气体携带能量以及气枕-壁面换热；壁面向气枕的热量传递有利于提升增压性能，在输入能量中占比达9%～28%。
2025年06期 v.31;No.199 695-705页 [查看摘要][在线阅读][下载 1955K] [引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] |[网刊下载次数：0 ] |[下载次数：0 ] - 叶晋生;陈晗;李春煜;郭松源;曹庆泰;杨光;吴静怡;
随着全球管道天然气净贸易总量的下降，LNG船的营运量逐年增加。其中，惰化是液货操作过程中防止天然气与氧气接触，保证装卸安全的关键环节。为提升LNG液货舱惰化效率，采用ANSYS Fluent数值模拟，建立了缩比液货舱模型，研究了入口费劳德数Fr、入口氮气与舱内空气温差和舱内压力对惰化过程的影响。通过分析流场及氧气体积分数云图，总结了惰化不同阶段的演化规律；随后引入了对流项和浓度驱动扩散项，探讨不同工况下氧气体积分数的变化机理，结果表明：可完成高效惰化的入口Fr区间为700～1 200；当入口Fr约为1 100时，15 K和30 K的温差相较无温差惰化时间分别缩短44%和54%，氮气耗量分别节省6%和8%；舱内压力在0～15 kPa(G)范围时，惰化时间和氮气耗量相差不超过2%。综上，在保证经济效益的前提下，惰化时可以将入口氮气的温度提高到比环境温度高30 K或以上，并保持入口Fr在1 100左右。
2025年06期 v.31;No.199 706-717页 [查看摘要][在线阅读][下载 3328K] [引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] |[网刊下载次数：0 ] |[下载次数：0 ] - 秦海玲;李新乔;张大力;杨生;文向阳;冯骅;熊少林;刘晓静;
某卫星运行于深空远距离逆行（Distant Retrograde Orbit,DRO）轨道，星上科学载荷软X射线成像望远镜（Soft X-ray Imaging telescope,SXI）由铅玻璃编码板匹配大面积CMOS组成，CMOS需工作在-30℃低温环境。由于SXI视场较大、CMOS功耗较高，且DRO轨道热环境复杂，为保障SXI长期工作的稳定性和可靠性，论文设计了多种热控方案，并采用数值模拟方法建立了热物理模型，对比分析了不同安装方式、有无热管和散热板以及不同热控涂层措施下的SXI温度场，确定了SXI与卫星舱板隔热安装，CMOS组件通过四根热管将热量传导至散热板散出，以及外框包裹多层隔热组件，散热板喷涂白漆等热控措施。仿真结果表明，SXI热设计符合温控要求，温度满足热控指标，热设计合理，为后续热平衡试验和整星热试验的热控实施提供了参考。
2025年06期 v.31;No.199 718-725页 [查看摘要][在线阅读][下载 1593K] [引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] |[网刊下载次数：0 ] |[下载次数：0 ] - 崔运浩;周伟;梁思源;张志华;张艳清;毛凯;
采用吉福德-麦克马洪（Gifford-Mcmahon,GM）制冷机预冷的焦耳-汤姆逊（Joule-Thomson,JT）制冷机结合了回热和节流制冷在不同温区的性能特点，系统具有制冷效率高、制冷量大、质量轻和空间利用率高等优势，在超导悬浮、生物医疗、深空探测等领域具有广泛应用前景。论文对GM-JT制冷系统开展了理论分析和实验测试研究，介绍了GM-JT制冷流程和工作原理，分析了预冷温度和高压压力对制冷流程的影响规律，对制冷机核心部件进行选型，搭建了低温测试平台，完成了制冷性能验证性测试。测得GM-JT制冷机制冷量为5.85 W@4.44 K，输入功耗为10.5 kW，相对卡诺效率为3.62%，验证了理论流程设计的合理性。此外，再冷凝系统在5.50 W@4.45 K热负荷下可实现液氦的零蒸发运行。本研究将有效促进后续GM-JT制冷技术的商业化发展。
2025年06期 v.31;No.199 726-731页 [查看摘要][在线阅读][下载 1582K] [引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] |[网刊下载次数：0 ] |[下载次数：0 ] - 蒋晨辉;周文杰;余家愿;邱一男;
针对特殊结构条件下多层绝热材料的层密度优化问题，论文引入改进的层与层模型，采用遗传算法和粒子群算法为优化手段，对以多种金属涂层（铝、金、铜）为反射屏的多层绝热（MLI）结构进行了优化，并探索了多层绝热材料在不同反射屏涂层和变密度条件下的绝热性能优化方法。采用遗传算法在不同反射屏涂层条件下对层密度的变化规律进行了研究，结果表明，与单金属涂层多层绝热结构进行对比，三种金属涂层组合结构绝热性能提升33.54%；层密度（从冷端到热端）由大到小时比层密度由小到大时总漏热更小，且层密度（从冷端到热端）由小到大时和由大到小的总漏热分别为0.410 9 W/m2和0.390 3 W/m2。应用粒子群算法对各分区的层密度参数进行优化，得到了最优层间距组合参数；对分区结构（低密度区、中密度区、高密度区）进行优化，得到最小总漏热为0.391 6 W/m2，绝热性能提升2.27%。论文为多层绝热性能改进贡献了有益的优化方法和多种反射屏金属涂层结构的思路。
2025年06期 v.31;No.199 732-739页 [查看摘要][在线阅读][下载 1473K] [引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] |[网刊下载次数：0 ] |[下载次数：0 ] - 肖立;刘冰;彭维戊;沈子奇;谢福寿;
针对大口径液化天然气（Liquefied Natural Gas,LNG）质量流量精确测量的技术挑战，基于双向流固耦合数值模拟方法，论文开展双直管型科氏质量流量计在LNG工质下的测量性能研究，并通过试验数据进行了验证。研究结果表明，构建的双向流固耦合数值模拟方法预测结果与实验数据吻合较好，验证了数值算法的可靠性。研究进一步揭示LNG独特物理特性对测量管动力学行为的耦合影响机制：LNG低密度削弱流体附加质量效应，使其湿模态固有频率降幅显著低于水工质，水工质的稳定振幅为LNG工质的80%，而LNG低黏度特性使振动达到稳定状态的时间延长；检测点时滞虽与质量流量保持线性关系，但LNG的低密度削弱了科里奥利力，叠加低温高刚度导致的驱动难度增大，使时滞差值显著减小，较水工质减小15%～22%，且时滞差值随流量增大而扩张，表明μs级微小时滞的精确测量是LNG应用的核心难点。为此，提出通过优化测量管结构和增强激振力以提升灵敏度与信噪比。该研究结果为大口径低温科氏流量计的设计优化与工程应用提供了理论依据和数据支撑。
2025年06期 v.31;No.199 740-748页 [查看摘要][在线阅读][下载 1993K] [引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] |[网刊下载次数：0 ] |[下载次数：0 ] - 葸俊鹤;梁春;
工程实践中，在相同绝热结构的情况下，12 m(40英尺)罐式集装箱与实验低温储罐的热流密度测试结果之间存在显著差异。研究表明，不同类型低温储罐的热流密度能直观反映绝热材料在特定环境下的绝热性能，可作为低温储罐绝热性能的评定参数，但其测试结果与储存工质的种类、低温储罐的几何形状、结构尺寸及绝热材料层间传热特性（含残余气体导热、固体导热、辐射传热）密切相关。论文推导不同结构、不同工质的高真空多层绝热低温储罐热流密度的换算关系，结合冷热边界温度、绝热结构比例系数等关键因素，提出基于液氮温区测试数据验证液氢储罐拟采用绝热结构可行性的方法，为高真空多层绝热低温储罐的工程设计提供参考。
2025年06期 v.31;No.199 749-754页 [查看摘要][在线阅读][下载 1467K] [引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] |[网刊下载次数：0 ] |[下载次数：0 ] - 于斌;黄诚;马天驹;李凯;常鑫;顾森东;郭宁;
深空探测与轨道转移任务对低温推进剂长期在轨贮存提出了迫切需求，空间微重力环境下的低温流体贮存与管理技术是实现这一目标的核心挑战。论文系统综述了低温推进剂在轨贮存与管理技术的研究进展，分析了微重力下气液相分布失稳、热分层效应及空间复杂环境适应性等关键技术难点；详细梳理了以美国NASA为代表的技术布局、研究历程、技术路线突破情况及当前技术成熟度；对比分析了中国、法国、日本等国的技术水平与发展路线差异；凝练了该领域的关键核心技术。面向我国未来深空探测与可重复使用航天器发展需求，提出了攻克深低温高效制冷、发展多物理场协同设计、加速在轨验证平台建设等关键发展建议。
2025年06期 v.31;No.199 755-770页 [查看摘要][在线阅读][下载 2760K] [引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] |[网刊下载次数：0 ] |[下载次数：0 ]