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微重力流体物理专题序

力学学报 2022年第2期54卷 289-290页

作者：段俐中国科学院力学研究所微重力实验室北京100190 中国科学院大学工程科学学院北京100049

微重力流体物理主要研究微重力环境中流体的行为及运动规律以及重力变化对运动规律的影响.微重力环境中,浮力对流、重力沉降及分层、液体静压等极大地减小,地面重力效应掩盖的次级效应凸显,从而影响或改变流体运动机制与行为.微重力流... 详细信息

微重力流体物理主要研究微重力环境中流体的行为及运动规律以及重力变化对运动规律的影响.微重力环境中,浮力对流、重力沉降及分层、液体静压等极大地减小,地面重力效应掩盖的次级效应凸显,从而影响或改变流体运动机制与行为.微重力流体物理研究关注微重力环境(包括低重力环境)中液体、气体或多相混合物以及分散体系等物质的流动、形态、相变及其运动规律和机理,特别是在微重力环境流体热质输运表现出的新现象和新规律以及物理形态变化表现出的新机制.微重力流体物理服务于航天器极端条件下的热质管理与输运、空间材料制备等空间应用,具有极强的应用背景,其典型科学问题包括如下内容.

关键词：微重力环境多相混合物物理形态液体静压重力沉降极端条件重力效应重力变化

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激光驱动液滴迁移的机理研究

力学学报 2022年第2期54卷 316-325页

作者：叶致君段俐康琦中国科学院力学研究所微重力实验室北京100190 中国科学院大学工程科学学院北京100049

液滴热毛细迁移是微重力流体科学中的典型科学问题,微重力液滴动力学研究不仅具有流体力学的理论意义,而且具有重要的实际应用价值.建立了二维轴对称激光驱动液滴迁移模型,通过仿真计算研究微重力环境下激光驱动液滴迁移的过程,研究了... 详细信息

液滴热毛细迁移是微重力流体科学中的典型科学问题,微重力液滴动力学研究不仅具有流体力学的理论意义,而且具有重要的实际应用价值.建立了二维轴对称激光驱动液滴迁移模型,通过仿真计算研究微重力环境下激光驱动液滴迁移的过程,研究了液滴直径、母液参数等对液滴迁移速度及行为的影响.首先研究了母液和液滴对激光系数均较小,液滴初始位置不同时液滴的迁移行为;然后研究了母液对激光吸收系数较小,液滴对激光吸收系数较大时,不同液滴直径与母液宽度比条件下液滴的迁移行为.仿真结果表明:当母液和液滴对激光的吸收系数都很小时,液滴迁移的方向主要受到液滴初始位置的影响;当母液对激光的吸收系数较小,液滴对激光的吸收系数较大时,液滴会朝激光方向迁移,液滴初始位置对迁移方向影响较小,但液滴直径与母液宽度之比会影响液滴迁移行为.将模拟结果与YGB理论对比,仿真结果与理论结果趋势一致.研究激光驱动液滴迁移的物理机制,探索界面张力作用机理,得到激光驱动液滴迁移的规律,探索对液滴的驱动控制方法.

关键词：激光驱动液滴热毛细迁移微重力

微重力下成一定夹角平板间的表面张力驱动流动的研究

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力学学报 2022年第2期54卷 326-335页

作者：陈上通吴笛王佳段俐康琦中国科学院力学研究所微重力实验室北京100190 中国科学院大学工程科学学院北京100049

空间微重力环境中,由于重力基本消失,表面张力等次级力发挥主要作用,流体行为与地面迥异,因此有必要深入探究微重力环境中的流体行为规律和特征.板式贮箱利用板式组件在微重力环境中对流体进行管理,从而为推力器提供不夹气的推进剂,这... 详细信息

空间微重力环境中,由于重力基本消失,表面张力等次级力发挥主要作用,流体行为与地面迥异,因此有必要深入探究微重力环境中的流体行为规律和特征.板式贮箱利用板式组件在微重力环境中对流体进行管理,从而为推力器提供不夹气的推进剂,这对航天器精确进行姿态控制、轨道调整具有重要意义.板式组件中常包含成一定夹角的平板结构,比如蓄液叶片之间.本文研究了微重力环境中成一定角度平板间的表面张力驱动流动问题,考虑了液体与壁面的动态接触角、对流引起的压力损失、黏滞阻力、液池内弯曲的液面等因素的影响,推导出了表面张力驱动流动中液体爬升高度的二阶微分方程.该方程可用四阶Runge-Kutta方法求解.通过同时考虑两个主导力,可将流动过程分为三个阶段,并得到了不同阶段内的爬升高度的近似方程.本研究建立了6个不同尺寸的计算模型、选用3种不同型号的硅油,利用有限体积法开展仿真工作,仿真结果与理论结果吻合良好,验证了理论解的正确性.本文的研究结果可为板式贮箱的研制和空间流体管理提供理论依据和数据支撑.

关键词：微重力表面张力驱动流成一定夹角的平板有限体积法 Runge-Kutta法

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基于扭摆的微冲量测量方法及实验研究

力学学报 2022年第3期54卷 669-677页

作者：杨超贺建武章楚康琦段俐中国科学院力学研究所北京100190 中国科学院大学工程科学学院北京100049

超高微重力水平的卫星平台在空间引力波探测、地球重力场测量中发挥着重要的作用,脉冲微推力器可以帮助微重力卫星实现姿态控制.微冲量是评价脉冲微推力器性能的重要指标之一,常用的基于扭摆的微冲量测量方法有两种,方法一是根据单个冲... 详细信息

超高微重力水平的卫星平台在空间引力波探测、地球重力场测量中发挥着重要的作用,脉冲微推力器可以帮助微重力卫星实现姿态控制.微冲量是评价脉冲微推力器性能的重要指标之一,常用的基于扭摆的微冲量测量方法有两种,方法一是根据单个冲量元瞬间作用于无阻尼扭摆后,扭摆转动最大角位移计算冲量,方法二是根据高固定频率的连续脉冲作用于有阻尼扭摆后,扭摆转动的平均角位移计算冲量.为了在地面实现对脉冲微推力器的微冲量测量,利用已有的基于扭摆的亚微牛级推力测量系统,进行了实验研究.利用静电梳齿产生的标准静电力标定已有的扭摆推力测量系统,通过电容式位移传感器测量扭摆角位移,进而得到推力与角位移的关系,以及其他扭摆系统参数;然后,根据两种冲量测量方法,再以电磁螺线圈与永磁体分别产生瞬时磁力与固定频率的磁力作用于扭摆,研究推力测量系统微冲量测量性能.实验结果表明:使用方法一时,推力测量系统冲量测量范围为0.05~220μN·s,分辨力可达到0.02μN·s;而利用方法二测量微冲量相比于方法一而言,能够扩大冲量测量范围,提高冲量分辨能力.

关键词：微重力扭摆脉冲微推力器微冲量测量推力测量系统

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热毛细对流模式转换及温度振荡特征

北京航空航天大学学报 2012年第7期38卷 882-885页

作者：朱鹏段俐康琦中国科学院力学研究所国家微重力实验室北京100190

研究了矩形液池中由于两端温差引起的热毛细对流的温度振荡临界条件.在实验室中,设计了一个高分辨率的温度测量系统,用于实时观测并记录流体的温度.该系统主要由热电偶温度传感器、纳伏表和数据采集电脑3部分组成.得到了各种实验条件下... 详细信息

研究了矩形液池中由于两端温差引起的热毛细对流的温度振荡临界条件.在实验室中,设计了一个高分辨率的温度测量系统,用于实时观测并记录流体的温度.该系统主要由热电偶温度传感器、纳伏表和数据采集电脑3部分组成.得到了各种实验条件下温度振荡的临界条件,并且讨论了它与Prandtl数和Bond数之间的关系.利用flow3d软件数值模拟了微重力条件下的热毛细对流,发现了一种由于自由面变形和液层流场相互作用导致的晃荡的现象.

关键词：热毛细对流温度振荡临界条件微重力

1A级射频感性耦合等离子体中和器电子引出特性研究

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推进技术 2023年

作者：付佳豪马隆飞贺建武罗军康琦段俐中国科学院力学研究所中国科学院微重力重点实验室中国科学院大学工程科学学院

为解决低轨道吸气式离子电推力器的电中和问题，设计了一套抗氧化能力强、长寿命的1A级氙工质感性耦合等离子体中和器，实验研究了发射孔径对其电子引出特性的影响。实验结果表明：发射孔径的变化，会对中和器电子引出电压、饱和电流和... 详细信息

为解决低轨道吸气式离子电推力器的电中和问题，设计了一套抗氧化能力强、长寿命的1A级氙工质感性耦合等离子体中和器，实验研究了发射孔径对其电子引出特性的影响。实验结果表明：发射孔径的变化，会对中和器电子引出电压、饱和电流和工质利用系数产生较大的影响，且在部分孔径下发现了电子束流随引出电压上升时出现二次跃变现象，根据工质利用系数和电子引出功耗比确定出中和器最优发射孔径为1.5 mm；电子束流引出为1 A时，工质利用系数达到27.7，电子引出功耗比为94.6 W/A。同时，测试了中和器温度对工作稳定性的影响，中和器热平衡状态下与点火初期相比中和器电子引出性能下降约10%。

关键词：离子推力器电推进系统中和器感性耦合等离子体发射孔径电流跃变

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《流水人家》,摄影作品

现代出版 2024年第2期 102-102页

作者：段俐敏安徽信息工程学院艺术设计学院

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喷雾冷却的瞬态传热特性

Acta Mechanica Sinica 2023年第7期39卷 109-121页

作者：董可为吴笛段俐康琦王佳刘建林王志伟段隆盛 College of Pipeline and Civil Engineering China University of Petroleum(East China)Qingdao266580China Key Laboratory of Microgravity Institute of MechanicsChinese Academy of SciencesBeijing100190China School of Engineering Sciences University of Chinese Academy of SciencesBeijing100049China Beijing System Design Institute of the Electro-Mechanic Engineering Beijing100039China

本文搭建旋流式喷雾冷却实验系统,研究喷雾冷却的随喷雾流态演化的瞬态传热效率.实验观测初始温度为300°C的高热壁面的喷雾冷却过程.冷却工质为水,冷却试件为铝合金方块,面积为20 mm×20 mm.利用5根高精度热电偶测量冷却试件竖直方向均... 详细信息

本文搭建旋流式喷雾冷却实验系统,研究喷雾冷却的随喷雾流态演化的瞬态传热效率.实验观测初始温度为300°C的高热壁面的喷雾冷却过程.冷却工质为水,冷却试件为铝合金方块,面积为20 mm×20 mm.利用5根高精度热电偶测量冷却试件竖直方向均布5个测点的温度变化,并结合有限差分法求解一维非稳态热传导方程,反演获得表面热流曲线.实验通过改变喷雾高度和喷雾流量,得到不同工况下瞬态热流密度的演化曲线.结果表明,喷雾冷却过程可分为4个阶段:I.Leidenfrost效应阶段(缓慢上升),II.液膜形成阶段(急剧上升),III.沸腾阶段(逐步下降),IV.对流蒸发阶段(趋于平衡).冷却过程由液膜形成阶段(第II阶段)向沸腾阶段(第III阶段)转变时,热流密度达到峰值;与工质压力影响相比,喷雾高度对液膜影响作用更为显著,5 mm喷雾高度下的换热能力要远高于10 mm及15 mm的工况,合适的喷雾高度是促进喷雾冷却散热的重要因素.

关键词：喷雾冷却竖直方向热电偶测量瞬态传热实验观测初始温度演化曲线冷却过程

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矩形液池热毛细对流转捩途径研究

力学学报 2015年第3期47卷 422-429页

作者：姜欢段俐康琦中国科学院力学研究所国家微重力实验室北京100190

主要研究矩形液池热毛细对流的分岔转捩.通过测量流体内部温度振荡情况,详细研究了热毛细对流的转捩过程和转捩途径.实验发现,矩形液池热毛细对流的转捩过程依次经历了定常、规则振荡、不规则振荡的阶段.对于不同普朗特数的硅油在不同... 详细信息

主要研究矩形液池热毛细对流的分岔转捩.通过测量流体内部温度振荡情况,详细研究了热毛细对流的转捩过程和转捩途径.实验发现,矩形液池热毛细对流的转捩过程依次经历了定常、规则振荡、不规则振荡的阶段.对于不同普朗特数的硅油在不同长高比情况下,通向混沌的途径不同.在转捩过程中,随着温差的增加,普朗特数在16(1cSt)以下和普朗特数为25(1.5cSt)、长高比为26的硅油热毛细对流主要以准周期分岔的转捩方式为主;而普朗特数为25以上的则以倍周期分岔的转捩方式为主;两种分岔有时还会伴随有切分岔形式的出现.实验中还观察到了表面波动和对流涡胞振荡等现象.

关键词：热毛细对流分岔转捩途径温度振荡