核熱推進系統氫氣物性及流動換熱模型分析

韓梓超，章 靜,*，王明軍，田文喜，蘇光輝，秋穗正

(1.西安交通大學 能源與動力工程學院 動力工程多相流國家重點實驗室，陜西 西安 710049；2.西安交通大學 核科學與技術學院 陜西省先進核能技術重點實驗室，陜西 西安 710049)

核熱推進(NTP)是一種空間推進技術，其相關研究工作自20世紀40年代已經開始。核熱推進系統利用核反應堆釋放的能量直接加熱推進工質，高溫推進劑進入噴管中膨脹做功進而產生推力。在NASA的載人火星探測技術文件DRA5.0[1]中，核熱推進被列為首選的推進方案。核熱推進具有比沖高、推力大、壽命長等優點[2]，是人類未來大規?？臻g活動的必然選擇[3]。研究表明，基于現有技術，在不大規模改動發動機尺寸的前提下，僅提高推進劑容量即可將往返火星的單程時間縮短一半[4]，可有效減少宇航員在宇宙中停留的時間，保障其安全。核熱推進是未來空間推進最有前景的動力形式，我國對于核熱火箭發動機的研制工作需要進一步開展[5]。

氫氣是空間核熱推進系統典型的推進劑，其流動換熱計算是核熱推進反應堆熱工水力計算的基礎。傳統的反應堆熱工水力計算多使用系統分析程序，如RELAP5、TRACE等。Wang等[6]使用RELAP5程序對CPR1000反應堆在全廠斷電事故下非能動余熱排出系統進行了分析計算，還對一個固有安全小型輕水堆在小破口事故下安全殼內各非能動系統的熱工水力特性進行了分析[7]，系統分析程序具有運算快、結果偏保守等優點，在核反應堆研究領域得到了廣泛的應用?！?br>