微重力条件下不同截面形状管中毛细流动的实验研究

利用落塔设施创造的短时间微重力条件, 研究了不同尺寸的正方形和三角形截面的毛细管中的流体在微重力条件下的流动行为, 并与圆形毛细管中的毛细流动进行了对比, 总结出了毛细管尺寸和截面形状对界面张力主导的毛细流动行为的影响规律. 结果显示, 对于同样形状的毛细管, 其尺寸对于毛细流动的影响规律基本相同; 而对于不同的截面形状, 方形管和三角形管都与截面积小得多的圆形管有一定的类似性. 相关结果对于深入理解不同条件下的界面张力主导的毛细流动特性, 以及在空间微重力条件下通过改变毛细管的形状来实现流速和流量的独 立控制等方面都具有明显的现实意义. 关键词： 微重力 毛细流动 毛细管形状     

微重力下圆管毛细流动解析近似解研究

应用同伦分析法研究微重力环境下圆管毛细流动解析近似解问题, 给出了级数解的表达公式. 不同于其他解析近似方法, 该方法从根本上克服了摄动理论对小参数的过分依赖, 其有效性与所研究的非线性问题是否含有小参数无关, 适用范围广. 同伦分析法提供了选取基函数的自由, 可以选取较好的基函数, 更有效地逼近问题的解, 通过引入辅助参数和辅助函数来调节和控制级数解的收敛区域和收敛速度, 同伦分析法为圆管毛细流动问题的解析近似求解开辟了一个全新的途径. 通过具体算例, 将同伦分析法与四阶龙格库塔方法数值解做了比较, 结果表明, 该方法具有很高的计算精度. 关键词： 圆管 微重力 毛细流动 同伦分析法     

微重力环境下无限长柱体内角毛细流动解析近似解研究

应用同伦分析法研究无限长柱体内角毛细流动解析近似解问题,给出了级数解的递推公式.不同于其他解析近似方法,该方法从根本上克服了摄动理论对小参数的过分依赖,其有效性与所研究的非线性问题是否含有小参数无关,适用范围广.同伦分析法提供了选取基函数的自由,可以选取较好的基函数,更有效地逼近问题的解,通过引入辅助参数和辅助函数来调节和控制级数解的收敛区域和收敛速度,同伦分析法为内角毛细流动问题的解析近似求解开辟了一个全新的途径.通过具体算例,将同伦分析法与四阶龙格库塔方法数值解做了比较,结果表明,该方法具有很高的计算精度.     

微重力下液封对液桥内热毛细对流影响的研究

本文建立了具有液封的液桥（不相溶混的双层同轴液柱）内热毛细对流的物理模型和数学模型。采用涡量－流函数法对微重力条件下具有液封的液桥内热毛细对流进行了数值模拟，得到了双层液柱主流区的温度场和流场，证实了液封能够削弱液桥内热毛细对流，从而提高浮区晶体生长质量，并得到液封厚度对液桥内热毛细对流的影响规律。     

纳米尺度下毛细流动的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟研究纳米尺度下壁面润湿性对毛细流动的影响,主要考虑纳米通道两侧壁面润湿性相同与不同两种情况。研究表明：两侧壁面润湿性相同条件下,毛细流动随着壁面润湿性增强而加快, 毛细高度随时间的变化早期偏离Lucas-Washburn理论,但后期与其预测符合。在纳米通道两侧壁面润湿性不同的情况下,液面会发生振荡,两侧壁面毛细高度也不相等,且液面振荡的幅度和两侧壁面毛细高度差都随着两侧壁面润湿性差异的增大而增大。基于能量转化分析,提出两侧壁面湿润性不同情况下纳米通道中毛细流动发生的条件以及毛细流动快慢的判别依据。研究结果加深了对纳米尺度下毛细流动机理的认识,并为相关工程应用提供理论参考。     

制冷剂在毛细管内闪发流动的研究

分析了制冷剂在毛细管内的闪发过程,提出了制冷剂液体在毛细管内“综合成核”的机理,并结合气泡成长理论推导出气泡成长的计算公式,建立了制冷剂闪发流动的数学模型。进行了制冷剂闪发流动特性的实验研究,实验结果证实了理论分析是正确的。     

微重力下微结构表面强化沸腾换热研究

为了提高航天器中电子器件的冷却效率,本文利用干式腐蚀方法形成方柱微结构,通过控制加热电流方法,在北京落塔进行了持续3.6 s有效微重力时间的过冷FC-72池沸腾强化换热实验研究。研究结果表明:相比光滑表面,方柱微结构表面利用其独立于重力水平的毛细作用力,显著地强化了微重力沸腾换热。     

微重力下变内角毛细驱动流研究

本文研究了在满足Concus-Finn条件时,微重力环境下内角沿容器轴线变化时的毛细驱动流问题,建立了变内角的毛细流动控制方程,获得了变内角流动的近似解析解,并与FLOW-3D软件的数值模拟结果进行了对比验证. 计算结果表明,随着时间的增大,近似解析解与数值解的相对误差越来越小,在6 s以后,相对误差不超过5%. 论文研究了不同结构参数对内角毛细流动的影响规律,得出液体前缘位置和液面高度均随内角、接触角、内角斜率和内角幂指数的增大而减小的结论. 在不同时刻,液体的液面高度随着时间的增大而增大,但在初始时刻存在一个常高度,该高度不随时间的变化而变化. 在空间流体管理时,可以根据本文的工作进行容器设计和选择适合的溶液. 关键词： 变内角 毛细驱动流 近似解析解 前缘位置     

毛细管中R22替代制冷剂流动特性的实验研究

本文自行设计、安装和调试了一个小型制冷实验装置,并且在此小型制冷装置上进行绝热毛细管流动过程的实验研究.详细阐述了实验系统的设计,各个部件的机构以及制作工艺.利用此实验装置测量了制冷剂R22的替代制冷剂R134a、R407C和R410A在毛细管中的流动参数,并与已经过验证的绝热毛细管数学模型的计算结果进行了比较,实验值与计算值吻合良好.     

微重力条件下Ni-Cu合金的快速枝晶生长研究

采用落管方法实现了Ni-50%Cu过冷熔体在微重力和无容器条件下的快速枝晶生长.对微重力条件下的晶体形核和快速生长进行了研究，发现随着过冷度的增大，晶体生长形态由粗大枝晶向规划均匀的等轴晶转变.实验中最大冷却速率达到8×103K/s，获得了218K(014TL)的最大过冷度.理论分析表明，过冷熔体中优先发生异质形核，形核率可达1012m-3s-1以上；Ni-50%Cu过冷熔体中的枝晶生长随过冷度的增大发生由溶质扩散控制向热扩散控制的生长动力学机理转变.在68K过冷度条件下，生长界面前沿的偏析程序最大. 关键词： 落管 微重力 深过冷 枝晶 熔体     

微重力环境下蜡烛火焰与油滴沉降的实验研究

搭建了短时微重力实验系统,对微重力条件下蜡烛火焰与油滴沉降进行了实验观测,帮助学生理解微重力环境下的物理规律与实验现象.     

考虑亚稳态的绝热毛细管流动性能的理论研究

采用均相模型建立绝热毛细管数学模型,同时考虑了"闪点延迟"、"壅塞流"现象和毛细管呈螺旋形所产生的局部阻力,利用matlab语言编写计算机程序,对绝热毛细管内的流体流动特性进行模拟计算,并分析研究了毛细管的流动性能。将计算结果与其他学者提供的实验结果进行比较,全部的计算点误差都在±10%以内,达到工程运用的要求,其运用对于制冷系统毛细管的匹配具有一定的参考价值。     

Amorphous transformation of ternary Cu45Zr45Ag10 alloy under microgravity condition

The influences of undercooling rate and cooling rate on the microstructural evolution of ternary Cu₄₅Zr₄₅Ag₁₀ alloy using single-roller melt spinning and drop tube are investigated. The rapidly quenched alloy ribbons achieve a homogeneous glass structure. The microstructure of the droplets transforms from the Cu₁₀Zr₇ dendrites plus (Cu₁₀Zr₇+AgZr) eutectic into Cu₁₀Zr₇ dendrite with the decrease of droplet diameter. As the diameter decreases to 180 μm, the Cu₄₅Zr₄₅Ag₁₀ alloy changes from crystal to amorphous structure, showing that the cooling rate is not the only influence factor and the undercooling play a certain role in the forming of the amorphous alloy at the same time under microgravity condition.     

Wetting property of smooth and textured hydrophobic surfaces under condensation condition

Static and dynamic wetting behaviors of sessile droplet on smooth, microstructured and micro/nanostructured surface under condensation condition are systematically studied. In contrast to the conventional droplet wetting on such natural materials by dropping, we demonstrate here that when dropwise condensation occurs, the sessile droplet will transit from the Cassie-Baxter wetting state to the Wenzel wetting state or partial Cassie-Baxter wetting state on the microstructured surface or the micro/nanostructured surface, which leads to a strong adhesion between the droplet and the substrate. In contrast, the apparent contact angle and the sliding angle on the smooth surface changes a little before and after the condensation because of small roughness. Theoretical analysis shows that the roughness factor controls the adhesion force of the droplet during condensation, and a theoretical model is constructed which will be helpful for us to understand the relationship between the adhesion force and the geometry of the surface.     

Opposed flow flame spread over an array of thin solid fuel sheets in a microgravity environment

In this work a numerical study has been carried out to gain physical insight into the phenomena of opposed flow flame spread over an array of thin solid fuel sheets in a microgravity environment. The two-dimensional (2D) simulations show that the flame spread rates for the multiple-fuel configuration are higher than those for the flame spreading over a single fuel sheet. This is due to reduced radiation losses from the flame and increased heat feedback to the solid fuel. The flame spread rate exhibits a non-monotonic variation with decrease in the interspace distance between the fuel sheets. Higher radiation heat feedback primarily as gas/flame radiation was found to be responsible for the increase in the flame spread rate with the reduction of the interspace distance. It was noted that as the interspace distance between the fuel sheets was reduced below a certain value, no steady solution could be obtained. However, at very small interspace distances, steady state spread rates were obtained. Here, due to oxygen starvation the flame spread rate decreased and eventually at some interspace distance the flame extinguished. With fuel emittance (equal to absorptance) reduced to ‘0’ the flame spread rate was nearly independent of the interspace distance, except at very small distances where the flame spread rate dropped due to oxygen starvation. A flame extinction plot with the extinction oxygen level was constructed for the multiple-fuel configuration at various interspace distances. The default fuel with an emittance of 0.92 was found to be more flammable in the multiple-fuel configuration than in a single fuel sheet configuration. For a fuel emittance equal to zero, the extinction oxygen limit decreases for both the single and the multiple fuel sheet configurations. However, the two flammability curves cross over at a certain fuel separation distance. The multiple-fuel configurations become less flammable compared to the single fuel sheet configuration below a certain separation distance.