微量可融性杂质在液氮中的存在特性可视化研究

摘要

低温流体中的相变杂质颗粒是造成火箭充注与过冷补加过程管路滤网堵塞的主要威胁之一。设计了一套能够实现液氮中水与二氧化碳杂质状态静态微观可视化的试验装置,研究了体积分数为0.001%、0.01%、0.1%含水量工况下不同温度液氮中水分与二氧化碳杂质的生成及性状变化特征,获得了瞬态显微图像。在降温工况下,预凝结水分形成的冰晶几乎不随降温过程变化;二氧化碳在降温过程中形成絮状杂质,并随液氮温度降低(77~65 K)逐渐集聚。在复温工况下,观察到二氧化碳的重凝华现象,发现可能是由于小型舱内温度不均性引起的。总结了降温及复温过程中杂质颗粒面积、数量和平均尺寸与温度的关系,揭示了特定工况下液氮中的冰晶与二氧化碳杂质性状变化规律,为火箭充注管路滤网参数的选择提供试验参考。