微重力下板式表面张力贮箱内流体管理的研究

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航天系统由多系统组成,其中,推进系统在飞行器的正常运行中起着至关重要的作用,而液体推进剂贮箱是推进系统中不可缺少的一部分,在微重力环境中的物体行为尤其是液体行为与地面上有明显不同,正是由于这些差异,对空间流体(液体和气体)的贮存、控制以及传输都提出了新的挑战,因此研究空间环境中推进剂贮箱内的流体现象和界面行为以及微重力流体管理成为航天工程中的一个重要课题。围绕此课题,本文开展了以下四方面的工作:>首先,利用全自动高温光学表面张力接触角仪(OneAttension)对毛细流动中的重要参数即接触角做了深入的研究,对曲面上的接触角进行了大量的测量,得出相关的结论。>其次,通过编译三维气液平衡界面计算程序Surface Evolver,对零重力下的板式表面张力贮箱内的液体形态进行模拟分析,验证了Concus-Finn在变内角处的适用性,并对贮箱的结构设计提出几点参考。> 用Flow 3D对贮箱内部特定工况和特定工质下的毛细流动做了定量分析,与落塔实验结果作对比,为以后深入研究提供参考。>最后,利用中国科学院力学研究所国家微重力实验的落塔设施提供的微重力条件进行了落塔实验,对以下四个方面进行探讨:(1)导流板对贮箱内毛细爬升的影响;(2)导流板和蓄液池的叶片数量对流体形态的影响;(3)不同工质(接触角不同)对毛细爬升的影响;(4)研究了接触角相同且浸润性良好的情况下,粘度对毛细爬升的影响。
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