微重力下低温流体动态毛细爬升的数值模拟

摘要

针对航天器贮箱内液体推进剂的毛细输运过程,对单个毛细管内的液面爬升过程进行模拟,采用相场法追踪气液相界面,建立了毛细爬升的二维轴对称模型。将模拟结果与根据Jurin定律以及Lucas-Washburn模型计算得到的结果进行对比验证,并研究了不同重力及低温工质情况下的毛细爬升高度和速度。结果表明:在有效重力较小的情况下,毛细爬升过程可分为3个阶段;在有效重力较大的情况下,由于爬升过程中液体自身重力不可忽略,毛细爬升过程可分为4个阶段。有效重力越大,液体爬升高度和速度越小。初始阶段表面张力越大的低温流体,其爬升高度和速度越大;在后续爬升过程中,由于黏性力的作用,液氢的毛细爬升速度先后依次超过水、液氮和液氧的毛细爬升速度。