IMECH-IR  > 国家微重力实验室
航天器在轨流体输运稳定性实验研究
英文题名Experiment on the Stability of Fluid Transportation in Space
高源
导师刘秋生
2017
学位授予单位中国科学院大学
学位授予地点北京
培养单位中国科学院力学研究所
学位专业流体力学
摘要摘 要 航天器在轨流体输运主要研究在微重力环境下,具有一个或多个气液自由表面液体的流动特性。能够保证流动不失稳的最大液体流量,被称为临界流量。 本论文以航天器在轨加注为工程应用背景,结合863研究项目课题,重点研究了空间微重力环境中流体输运过程和流动稳定性特性,开展了微重力落塔实验研究,研制了双槽道结构的落塔实验装置,并对实验结果进行了数值模拟与理论分析。主要的研究结果如下: (1)完成了落塔实验装置方案设计,研制和搭建了专用实验平台。依据航天器的空间在轨加注流体管理装置,实验研究了对称和非对称开口楔形槽道中流体输运特性和流动稳定性差异,通过7次落塔实验给出了流动失稳的临界流量。 (2)装置首次提出并运用了双槽道实验结构。双槽道回路彼此互相独立,分别拥有独立的开始段,实验段,转换段,循环泵等装置。双槽道结构可以用一次落塔实验完成两组不同截面形状与流量的实验,或者一组出口条件相同的比对实验。可以有效地提升实验效率。 (3)解决了开口槽道流落塔实验装置研制中的关键技术和难点,将开口槽道两端连接面放大并用玻璃板密封将其包围,同时保障被封闭在一个箱式空间内的实验流体回路的压力仍然连接于外界压力场,确保在落塔实验结束时21g的冲击不会造成液体会溅射到实验装置外。 (4)设计了并进行了多次落塔实验,制定了详细的落塔实验流程。测得对称流道的临界流量为0.92±0.17ml/s,而非对称流道的临界流量为0.95±0.10ml/s。给出了典型的实验结果,并且给出了实验结果的处理方法与数据提取方法。 (5)研究了毛细槽道流的一维理论,完成了对于楔形槽道相关公式的推导与临界流量的估算,并阐述了截面等效变换的机理。随后使用一维理论对国外ISS落塔比对实验和不莱梅落塔实验结果,以及本次实验进行了数值模拟,分析了不同实验结果,并给出与数值模拟存在误差的主要原因。 论文主要通过实验研究,并结合理论分析以及数值模拟,对空间在轨流体输运的稳定性进行了系统研究。该项研究结果可为航天器在轨加注等航天工程设计提供理论依据,也对研究复杂流体界面动力学与稳定性理论具有科学意义。 关键词:微重力流动,毛细槽道流,表面张力,流动稳定性,落塔实验,在轨加注
索取号2017-063
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/60611
专题国家微重力实验室
推荐引用方式
GB/T 7714
高源. 航天器在轨流体输运稳定性实验研究[D]. 北京. 中国科学院大学,2017.
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