低温节流过程实验装置研制及初步实验验证

吴栋梁，孙培杰，张宏彬，李鹏，秦旭进，黄永华*

（1-上海交通大学制冷与低温工程研究所，上海 200240；2-上海宇航系统工程研究所，上海 201108）

0 引言

随着我国航天事业的不断发展，尤其是登月计划和火星计划的逐步推进，低温推进剂（如液氧、液氢或液态甲烷等）由于其自身比冲高、无毒且无污染等优点，被认为是未来深空探测任务的理想燃料[1-4]。但低温推进剂自身沸点低、汽化潜热小，在轨贮存时受到外层空间热辐射和微重力条件等多种因素作用，必然持续蒸发，使得贮箱内压力持续上升，必须采取适当的压力控制技术[5-6]。除了采用性能良好的绝热措施延缓增压速率以及开发空间用低温制冷机主动制冷实现零蒸发外，美国NASA提出的热力排气系统（Thermodynamic Vent System，TVS）方案（如图1），被认为是实现低温推进剂长期在轨控压的极具应用潜力的方法之一[7-9]。TVS不仅不依赖于微重力条件下贮箱内气液相分布情况，避免直接排液损失，而且可以充分利用小股排放流体节流后的低温潜热和部分显热，冷却贮箱内剩余低温推进剂，从而有效控制贮箱内压力。TVS主要由节流部件、低温循环泵、喷射杆换热器和阀门等组成，其中节流过程是关键。掌握全面准确的低温节流特性对于低温推进剂在轨贮存TVS控压技术的发展具有必要性和重要性。

图1 热力排气系统工作原理

节流特性已在科研和工业，特别是制冷空调系统中广泛研究。如鲍团卫等[10]在跨临界CO2热泵热水实验系统中研究毛细管节流装置对系统COP和气冷器水温温升幅度的作用。……