[发明专利]一种小型氢浆制备可视化实验装置

说明书

一种小型氢浆制备可视化实验装置，包括氢气供给组件，带有制冷机和液氢杜瓦的液化组件，带有复温器、真空泵和搅拌装置的氢浆生成组件以及可视化组件；高压氢气调至适当压力进入液氢杜瓦，启动制冷机使氢气降温直至液化，再通过高压氦气挤压液氢杜瓦中的液氢至氢浆杜瓦中，真空泵抽除氢浆杜瓦中的气体，通过抽空减压闪蒸冷却使氢浆杜瓦内的温度降低，从而获得固氢，同时，采用带磁力联轴器密封的搅拌器打碎固氢，从而获得一定含固量的均匀氢浆；本发明直接采用氢气进行氢浆制取，使少量氢浆的制取更为便利，且氢浆生成速率和搅拌速率可调，可为开展氢浆制备技术、氢浆品质提升及氢浆贮存等各方面的研究提供便利。

技术领域

本发明涉及低温推进剂致密化获取技术领域，具体涉及一种小型氢浆制备可视化实验装置。

背景技术

由于低温推进剂(液氢/液氧)具有低成本、高比冲、大推力、无毒无污染等优势，在各国研发大型/重型运载火箭时得到了大规模的推广应用。虽然低温推进剂相较于常温燃料优势明显，但目前应用时的热力学状态大部分都处于沸点温度附近，仍然具有密度低、极易蒸发、难以贮存等不足。此时，研究者往往热衷于采用过冷低温推进剂或浆态低温推进剂作为推进燃料，其热力学性能相对于饱和状态会有显著改善，如自身密度增加、气化压力降低、单位体积冷量增大、运动粘度增加等，从而使火箭有效载荷提升、贮箱尺寸减小、贮箱厚度减薄、液体晃动减弱及深空探测范围拓宽等。例如，液氢推进剂从标准沸点(20.39K)过冷至三相点温度(13.8K)，其密度会增加8.8％，单位体积显冷量将会增加20％，从三相点处继续降温，直到出现60％的固氢(俗称氢浆)，密度将增加16.8％，单位体积显冷量增加34％。公开文献报道，液氢密度增加8％，液氧密度增加10％，运载火箭总的起飞重量将减少20％，应用价值相当可观。

随着航天事业的大力发展，氢浆作为一种最具应用前景的推进燃料，理应受到重视，尤其是氢浆制备技术。从理论上来说，氢浆制备可采用低温氦制冷机制备技术、液氢抽空减压制备技术和低温氦气鼓泡制备技术。申请人经过前期大量对比分析，得出氢浆大规模制备并应用于低温火箭燃料中时液氢抽空减压方法制备氢浆是一种最经济可行的方法。对于氢浆来说，其沉淀特性和输运特性是至关重要的，直接决定了其应用的可行性。氢浆中含固质量分数、固体颗粒大小、固体颗粒分布均匀性、氢浆密度分布均匀性对氢浆沉的沉淀特性和输运特性尚需要研究人员通过实验的手段进行深入探究。

目前对于氢浆的研究仅有美国NASA和日本学者开展了初步的工作，其大多都是采用大型氦制冷机方法或抽空减压方法对液氢直接进行冷却产生固氢。对于国内而言，尚未有氢浆制备的相关公开文献报道，因此，对于氢浆的研究目前仍存在诸多技术难题：①对于普通高校研究人员来说，实验研究氢浆最大的问题就是液氢的来源问题，即怎么获取液氢；②通过抽空减压方法怎么实现氢浆制备；③怎么保障固体颗粒大小和氢浆密度均匀性；④氢气泄漏和安全防范问题。因此，亟待开发一种实验用的小型氢浆制备可视化装置，使氢浆的小型制取及可视化观察成为可能。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了一种小型氢浆制备可视化实验装置，具有氢气液化、氢浆制备、氢浆搅拌、抽速控制、氢浆生产可视化、氢气泄漏保护等功能，为少量氢浆的制取及研究提供技术支持。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种小型氢浆制备可视化实验装置，包括氢气供给组件、液化组件、氢浆生成组件和可视化组件；

所述的氢气供给组件包括高压氢气瓶1，高压氢气瓶1的出口通过管道a₁a₂与第一阀门2的入口相连，第一阀门2的出口通过管道b₁b₂与过滤器3的入口相连，过滤器3的出口通过管道c₁c₂与第二阀门4的入口相连，第二阀门4的出口通过管道d₁d₂与液化组件液氢杜瓦5的氢气入口连接；