余海帅,蒲亮,2,高强,孙若凡,代明昊

(1.西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安;2.航天低温推进剂技术国家重点实验室, 100028,北京;3.西安航天动力实验技术研究所,710049,西安)

作为运载火箭的动力来源,液氢/液氧、液态甲烷/液氧组合推进剂具有效率高、绿色环保、经济性好的特点,并且可以把更多的有效载荷送入轨道[1],已成为国内外新一代主力运载火箭的主要推进剂[2]。尽管液氢、液态甲烷与液氧组成的推进剂组合与传统推进剂相比危害较小,但三者都是低温液体,一旦在环境中泄漏将发生剧烈蒸发,因此在推进剂的运输、存放、加注过程中存在安全隐患。未来,低温推进剂将在航天领域得到大规模的应用,因此对液氢、液态甲烷、液氧泄漏后的危害性进行研究,具有现实意义。

液氢和液态甲烷易燃易爆,危险性大。1980年美国国家航空航天局开展了系列液氢泄漏实验,研究了液氢储罐快速爆裂后的危险性[3]。2010年,英国健康安全实验室针对液氢转注时软管失效引起的安全问题,在山谷中进行了小流量的液氢泄漏实验[4-5]。之后对于液氢、液态甲烷泄漏扩散的研究主要以数值模拟为主,Giannissi等人分析了环境湿度和相间速度滑移对氢气和甲烷蒸汽扩散的作用,发现考虑环境湿度和相间滑移更符合实验结果[6-7]。Shao等基于构建的液氢泄漏扩散三维瞬态数值模型,同样考虑速度滑移的作用,研究了可燃云团在大气中的运动扩散过程和季节、风速、大气压力对液氢泄漏可燃云的影响[8-9]。……