微重力燃烧基础研究概述

本文介绍了国外微重力燃烧基础研究的概况。在微重力条件下不存在浮力和由其引起的自然对流,从而影响了燃烧基本过程。理论和实验研究表明,在微重力条件下火焰结构,火焰传播,火焰稳定等一系列燃烧基本过程都明显不同于通常在地球表面上所观察到的现象。      

微重力下密闭腔体内火焰传播过程的数值模拟

建立了微重力条件下火焰沿固体可燃物表面蔓延的数学模型．在考虑固相传热和热解过程的基础上，研究气相的燃烧动力学过程，并且给出了体现微重力燃烧两相耦合作用的相界面处理方法．首次用数值模拟的方法研究了密闭腔体内火焰传播的三维非稳态过程，对于微重力大小分别为１０－４ｇ和１０－２ｇ时的计算结果进行了分析对比．数值模拟的结果基本合理．     

第二届环太平洋微重力学术会议简介

１会议概况 第二届环太平洋微重力学术会议（２ｎｄ Ｐａｎ－Ｐａｃｉｆｉｃ　Ｂａｓｉｎ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ Ｍｉｃｒｏｇｒａｖｉｔｙ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ）于２００１年 ５月１日～４日在美国加利福尼亚的Ｐａｓａｄｅｎａ市召开会议由美国环太平洋大学联合会（ＡＰＲＵ）,中国微重力科学与应用委员会（ＮＳＭＳＡ）和日本微重力应用协会（ＪＡＳ ＭＡ）共同主办．美国航空航天局（ＮＡＳＡ）积极参加和组织了本次会议,中国科学院,日本国家空间发展局,加拿大空间局和俄罗斯空间局也参加了本次会议的组织工作．本次会议共有２００…     

液滴热毛细迁移问题的研究进展

液滴或气泡的迁移现象无论是在流体力学的基础研究中,还是在材料加工,化学工程等实际应用中都是一个很重要的课题。在微重力环境中,如果在液滴或气泡所在的母液中外加一个温度场,则液滴或气泡就会由于表面张力分布的不均匀而发生迁移运动。这种运动被称为Marangoni迁移或热毛细迁移运动。本文综述了液滴或气泡的热毛细迁移问题历史研究中理论分析,数值模拟以及实验方面的主要结果,阐述了该问题的研究发展过程。目前液滴迁移问题的研究状况,理论分析解还只限于线性及弱非线性的定常问题,数值模拟工作已经得到了在热对流作用比较小的时候液滴的非定常迁移过程,但是对于热对流影响很大的情况(Marangoni数大于100)则尚未得到过与实验中观测到的相一致的理论结果。本文在总结前人研究的基础上,同时给出了在对于热对流作用较大时液滴热毛细迁移非定常问题的最新的数值模拟的结果,并对该问题在此情况下产生的新的变化也给予了分析。最后,文中分析了当前研究中所存在的问题并进一步展望了液滴热毛细迁移问题在未来的发展方向。      

多孔材料下气体爆炸转扩散燃烧的特性研究

为分析多孔材料对预混气体爆炸特性参数的影响效果,采用自主搭建的爆炸实验平台,探究不同孔隙度和厚度的多孔材料对当量比为1的甲烷/空气预混气体爆炸的作用行为。实验研究表明,不同孔隙度的多孔材料对爆炸火焰和超压具有促进或抑制两种不同的影响。孔隙度较小时,爆燃火焰传播速度随着材料厚度的增大而降低,并在厚度较大时,火焰有短暂的传播延时现象。孔隙度较大时,预混火焰冲击多孔材料时发生淬熄,但随后一段时间内,由于负压抽吸作用,在已爆区域一侧的材料表面产生扩散燃烧现象,且扩散燃烧程度与材料厚度成反比关系。多孔材料的固相结构能降低压力的泄放效率,同时可吸收能量,进而提高爆炸超压的上升速率,降低超压峰值。当每英寸长度孔数δ=10的多孔材料促进火焰传播时,与当量比为1的预混气体爆炸相比,超压峰值最大可提高约2倍,造成更严重的后果。火焰冲击δ=20的多孔材料时发生淬熄,最大超压衰减可达47.17%,δ=30时最大超压衰减了24.62%。     

部分预混超声速燃烧火焰面模式研究综述

采用部分预混火焰面模式建模与仿真已经成为超声速燃烧数值研究的主要趋势之一.系统回顾了超声速燃烧火焰面模式的发展历程,针对其应用的两个基本问题进行总结:一是火焰面模式在超声速燃烧中的物理存在问题,二是超声速燃烧火焰面模式的建模问题.重点分析了火焰面模式应用于超声速燃烧的难点,提出了超声速燃烧火焰面模式建模应兼顾的问题.     

关于微重力电流体力学

以空间生物制品后处理技术为背景,阐明了微重力电流体力学的一些基本问题,并讨论了研究这些问题的可能的技术路线。      

微重力条件下气/液两相流流型的研究进展

气／液两相流流型是两相流研究领域最基本的课题之一,至今已有数十年的研究历史．但是,由于气／液两相流动现象极为复杂,目前还没有得到一致的结论．近十多年来,利用微重力环境减弱甚至完全消除重力的影响,简化流动中各种不同因素间的相互作用及流型特征,大大促进了对气／液两相流动特征及流型产生与转换机理的研究．同时,微重力条件下的气／液两相流动是空间技术领域必须解决的关键技术问题之一,具有重要的学术意义和重大的应用价值．本文简要总结了微重力条件下气／液两相流流型研究的基本方法以及实验结果和理论进展,指出今后研究中应该注意的一些方向．      

利用微重力条件研究分散体系

讨论了重力对分散体系特性的可能影响以及如何利用微重力条件开展在重力环境中难以深入研究的问题,并探讨了对理论研究和实际应用有价值的可能课题．      

关于微重力电流体力学

以空间生物制品后处理技术为背景,阐明了微重力电流体力学的一些基本问题,并讨论了研究这些问题的可能的技术路线。     

微重环境下液体晃动研究进展

现代航天器通常携带大量的液体燃料,液体晃动会影响航天器的姿态稳定性和控制精度,因此需要对晃动行为进行精确建模. 本文系统介绍了微重环境下液体晃动问题的国内外研究现状:理论分析方面,总结了小幅晃动和非线性晃动的研究方法;数值计算方面,介绍了模态分析和CFD (computational fluid dy-namics) 方法在该问题上的应用;物理实验方面,阐述了地面实验和在轨实验的方法及进展. 最后进行总结与评价,并提出了该领域未来需要解决的3 个问题.     

欧洲微重力研究和用户支持的现状及展望

本文综述了欧洲在微重力状态下对材料科学、流体科学和生物科学的研究以及用户支持的主要情况。从简短的历史回顾开始,分析了欧洲主要的空间飞行试验,以及以长远目标为重点的未来发展情况。叙述了进行地面研究的指导思想,分析了所使用的地面实验设施(落塔,抛物线飞行,探空火箭等)。此外,还简要地介绍了微重力下的实验操作技术(遥科学,机器人等)。     

微重环境下液体晃动研究进展1）

现代航天器通常携带大量的液体燃料,液体晃动会影响航天器的姿态稳定性和控制精度,因此需要对晃动行为进行精确建模. 本文系统介绍了微重环境下液体晃动问题的国内外研究现状:理论分析方面,总结了小幅晃动和非线性晃动的研究方法;数值计算方面,介绍了模态分析和CFD (computational fluid dy-namics) 方法在该问题上的应用;物理实验方面,阐述了地面实验和在轨实验的方法及进展. 最后进行总结与评价,并提出了该领域未来需要解决的3 个问题.     

NO_x生成湍流反应率数值模拟的进展

利用计算机数值模拟来优选燃烧器或炉内降低氮氧化物的各种措施,如空气分级,燃料分级（再燃烧）,烟气再循环,煤和生物质混烧等,预测其效果,受到国际上越来越大的重视．如何建立合理而经济的数学模型,是其中的关键问题之一．根据近年来国际上发表的不同研究者的研究结果,对湍流燃烧氮氧化物生成湍流反应率数值模拟的研究现状进行了评述,并且讨论了有待解决的问题和今后的发展方向．     

NO_x生成湍流反应率数值模拟的进展

利用计算机数值模拟来优选燃烧器或炉内降低氮氧化物的各种措施,如空气分级,燃料分级（再燃烧）,烟气再循环,煤和生物质混烧等,预测其效果,受到国际上越来越大的重视．如何建立合理而经济的数学模型,是其中的关键问题之一．根据近年来国际上发表的不同研究者的研究结果,对湍流燃烧氮氧化物生成湍流反应率数值模拟的研究现状进行了评述,并且讨论了有待解决的问题和今后的发展方向．      

半浮区液桥振荡对流的微重力实验

利用日本微重力中心８００ｍ落井装置，完成了半浮区液桥振荡对流的微重力实验，对振荡对流的典型物理量诸如内部温度、流场、自由面边缘变化及表面波进行了综合测量。实验结果给出了振荡对流由地球重力环境向微重力环境的过渡，以及不同几何参数半浮区液桥的振荡特征，并首次获得了微重力环境下热毛细对流的表面波位形及边缘振荡特征．     

氢氧燃烧及爆轰驱动激波管

分析并观察了沿驱动段轴向分布多火塞燃烧驱动段的性能．提出主膜处同一管截面均匀分布三火花塞引燃的点火方法．用这种点火方法驱动产生的入射激波强度重复性较高,激波后气流速度、温度和压力的定常性亦大大改善,可满足气动试验实际要求．提出在驱动段尾端串接卸爆段来消除爆轰波反射高压,从而可使反向爆轰驱动段用来产生高焓高密度试验气流．这种反向爆轰驱动产生的入射激波重复性高,激波衰减弱．在主膜处的收缩段产生的反射波可缓解爆轰波后跟随的稀疏波的不利影响,从而使前向爆轰驱动具有实用性．在产生的入射激波强度相同条件下,前向爆轰驱动所需的爆轰驱动段可爆混合气初始压力可较反向爆轰低近一个量级．