一种液氢汽化器及其传热仿真分析方法技术

本发明专利技术公开了一种液氢汽化器及其传热仿真分析方法，本发明专利技术涉及液氢汽化器相关领域，包括底部矩形架，所述底部矩形架上固定设有六个相同的底部连接杆，每个所述底部连接杆侧面带有小孔，所述底部矩形架上端固定设有顶部矩形架，所述顶部矩形架上固定设有六个相同的顶部连接杆，每个所述顶部连接杆上带有与所述底部连接杆上相同的小孔，且所述底部连接杆和所述顶部连接杆上下位置关系对应，本发明专利技术通过对液氢气化器传热过程进行

【技术实现步骤摘要】
一种液氢汽化器及其传热仿真分析方法


[0001]本专利技术涉及液氢汽化器相关领域，具体为一种液氢汽化器及其传热仿真分析方法
。

技术介绍

[0002]液氢是一种高能
、
低温液体燃料，它是一种无色无味
、
透明的低温液体，沸点为
20.35k
，冰点为
13.55k
，密度为
0.07g/cm3
，液氢是仲氢和正氢的混合物，氢在液化和贮存时，由于自动催化作用，正氢会转化为仲氢并放出热量，使液氢产生蒸发损失，所以液氢产品中要求仲氢含量至少在
95
％以上，即要求液化时将正氢基本上都催化转化为仲氢，液氢与液氧组成的双组元低温液体推进剂的能量极高，已广泛用于发射通讯卫星
、
宇宙飞船和航天飞机等运载火箭中
。
[0003]而装载液氢的设备众多，其中就包含有汽化器，在汽化器进行使用前，需要对其进行传热分析，从而使其满足换热条件
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种液氢汽化器及其传热仿真分析方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题
。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种液氢汽化器，包括底部矩形架，所述底部矩形架上固定设有六个相同的底部连接杆，每个所述底部连接杆侧面带有小孔，所述底部矩形架上端固定设有顶部矩形架，所述顶部矩形架上固定设有六个相同的顶部连接杆，每个所述顶部连接杆上带有与所述底部连接杆上相同的小孔，且所述底部连接杆和所述顶部连接杆上下位置关系对应
。
[0006]作为优选，所述底部连接杆与所述顶部连接杆之间连接设有散热管，从而通过所述底部连接杆和所述顶部连接杆上的小孔进行固定，所述散热管上固定设有翅片，相邻的两个所述翅片之间连接，从而提高稳定性
。
[0007]作为优选，所述散热管下端弯曲连接，所述散热管上端连接设有不锈钢角通，从而能够连通两个相邻的所述散热管，从而使每个所述散热管之间连通，从而使其成为一个整体
。
[0008]作为优选，左右两侧两个所述底部连接杆之间固定设有两个相同的支撑柱，每个所述支撑柱下端带有四个相同的螺纹孔，从而能够通过螺栓的作用，使其与地面固定，从而使整体与地面固定，同时在预装校垂直后再二次灌溉固定
。
[0009]一种液氢汽化器的传热仿真分析方法，包括以下步骤：
[0010]步骤一
:
对液氢气化器传热过程进行
CFD
建模
[0011]氢和空气区域计算公式，氢和空气区域的
N
‑
S
方程如公式
(1)
～
(3)
所示，公式
(4)
用于描述动量方程
(
式
2)
中的雷诺应力项：
[0012][0013][0014][0015][0016]上述公式中，
x
i
(i
＝
1,2,3)
分别表示
x
，
y
，
z
方向的坐标值；
δ
ij
为
δ
函数，当
i
＝
j
时，
δ
ij
＝1，当
i≠j
时，
δ
ij
＝0；
ρ
、p、T、e、
μ
、
λ
分别表示流体的密度
、
压力
、
温度
、
内能
、
动力学粘度和热导率；
u
i
和
u
i
′
分别表示第
i
个方向上速度分量的时均值和湍流脉动值；
k、
μ
t
和
λ
t
分别表示湍流动能
、
湍流粘度和湍流热导率，采用适用于复杂流动问题的
SST k
‑
ω
湍流模型进行描述，其近壁面流体节点采用对不同
y+
值适应能力较强的增强壁面函数进行处理；
[0017]固体区域计算公式：对于由不锈钢管和铝合金翅片管所组成的固体区域，其能量方程如下：
[0018][0019]式中，各符号的含义与式
(1)
～
(4)
中相同
[0020]步骤二
:
对液氢汽化器进行传热过程分析
[0021]氢区域传热过程分析，不锈钢管内温度，经过前端的换热管氢的温度已经由
33K
加热至
268K
以上，与
278.15K
的环境温度相差接近
10K
，达到了基本换热要求；而氢在流过最后一排换热管时温度上升已不明显；
[0022]管路出口处的氢气面平均温度＝
275.72K
，与环境温度的差距在
3K
以内，与此同时，根据制造企业的实际经验可知强制通风型气化器结霜并不明显，因此，基本可以认为所设计的液氢气化器能够满足所需换热要求；
[0023]不锈钢管内氢速度，氢的流速在不锈钢管内壁面处为0，而在中心处较高；且由于管路入口处的氢密度明显高于出口处，使得管路入口处的氢流速总体上高于管路出口；
[0024]外部空气区域，翅片管上部空气的流束尚未扩展
、
湍流未得到充分发展，其仅在靠近液氢入口的翅片处存在很薄的低温层，而其他部分均接近环境温度；而翅片管下部的空气受流束扩大和湍流不断发展的影响，其低温区域有所扩大；
[0025]翅片结霜情况分析
[0026]气化器前排翅片管的表面温度基本位于露点温度
276.15K(
环境温度
278.15K、
相对湿度
90
％时的露点温度
)
以下，中间翅片管的表面温度已非常接近露点，而后排翅片管已有一部分表面高于露点温度
。
[0027]步骤三：根据步骤一步骤二得出结论；
[0028]液氢气化器基本能够满足换热要求
[0029]结霜主要发生在靠近液氢入口的前半部分翅片管表面，而后半部分翅片管表面结
霜可能性较低
。
[0030]作为优选，氢区域
、316L
不锈钢管
、
翅片管和翅片管四周空气区域均采用结构化六面体网格，而翅片管顶部和底部的空气区域则采用四面体非结构网格
。
[0031]综上所述，本专利技术有益效果是：
[0032]1、
本专利技术通过对液氢气化器传热过程进行
CFD
建模以及对液氢汽化器进行传热过程分析，从而判断设计的汽化器是否满足换热要求，同时本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种液氢汽化器，包括底部矩形架
(11)
，其特征在于：所述底部矩形架
(11)
上固定设有六个相同的底部连接杆
(13)
，每个所述底部连接杆
(13)
侧面带有小孔，所述底部矩形架
(11)
上端固定设有顶部矩形架
(14)
，所述顶部矩形架
(14)
上固定设有六个相同的顶部连接杆
(16)
，每个所述顶部连接杆
(16)
上带有与所述底部连接杆
(13)
上相同的小孔，且所述底部连接杆
(13)
和所述顶部连接杆
(16)
上下位置关系对应
。2.
根据权利要求1所述的一种液氢汽化器，其特征在于：所述底部连接杆
(13)
与所述顶部连接杆
(16)
之间连接设有散热管
(17)
，通过所述底部连接杆
(13)
和所述顶部连接杆
(16)
上的小孔进行固定，所述散热管
(17)
上固定设有翅片
(18)
，相邻的两个所述翅片
(18)
之间连接
。3.
根据权利要求1所述的一种液氢汽化器，其特征在于：所述散热管
(17)
下端弯曲连接，所述散热管
(17)
上端连接设有不锈钢角通
(15)
，连通两个相邻的所述散热管
(17)。4.
根据权利要求1所述的一种液氢汽化器，其特征在于：左右两侧两个所述底部连接杆
(13)
之间固定设有两个相同的支撑柱
(12)
，每个所述支撑柱
(12)
下端带有四个相同的螺纹孔
。5.
根据权利要求1‑4任意一项所述的一种液氢汽化器的传热仿真分析方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：对液氢气化器传热过...

【专利技术属性】
技术研发人员：高沛，陈汝蒋，李科舟，朱旺，周天，邱悦悦，
申请(专利权)人：浙江浙能航天氢能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：