En este documento se presenta un protocolo para el diseño de la carga útil espacial, el experimento espacial sobre convección termocapilar y análisis de datos experimentales e imágenes.
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Artículo de método
Experimento espacial de convección termocapilar en el satélite recuperable SJ-10
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En este artículo
Resumen
Resumen
La convección termorcapilar es un importante sujeto de investigación en la física de fluidos de microgravedad. El estudio experimental sobre ondas superficiales de convección termocapilar en una piscina líquida anular es uno de los 19 proyectos experimentales científicos en el satélite recuperable SJ-10. Presentado es un diseño para una carga útil para el estudio experimental espacial sobre convección termocapilar que incluye el modelo experimental, el sistema de medición y el sistema de control. Se proporcionan los detalles para la construcción de un modelo experimental de una piscina líquida anular con relaciones de volumen variables. Las temperaturas de los fluidos se registran mediante seis termopares con una alta sensibilidad de 0,05 oC en diferentes puntos. Las distribuciones de temperatura en la superficie libre de líquido se capturan mediante una cámara térmica infrarroja. La deformación de la superficie libre es detectada por un sensor de desplazamiento con una alta precisión de 1 m. El proceso experimental está totalmente automatizado. La investigación se centra en fenómenos de oscilación termocapilar en las transiciones de superficie sin líquido y patrón convectivo a través de análisis de datos experimentales e imágenes. Esta investigación será útil para entender el mecanismo de la convección termocapilar y ofrecerá más información sobre las características no lineales, la inestabilidad del flujo y las transiciones de bifurcación de la convección termocapilar.
Introducción
En condiciones de microgravedad en el espacio, muchos fenómenos físicos interesantes se presentan debido a la ausencia de gravedad. En un líquido con una superficie libre, existe un nuevo sistema de flujo (es decir, flujo termocapilar) que es causado por el gradiente de temperatura o gradiente de concentración. A diferencia de la convección tradicional en el suelo, la convección termocapilar es un fenómeno omnipresente en entornos espaciales. Como es un tema de investigación muy importante en la física de fluidos de microgravedad, se han llevado a cabo una serie de experimentos tanto en el espacio como en el suelo. Recientemente, se realizaron estudios experimentales ....
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Protocolo
1. Diseño y preparación del sistema experimental
- Construir la piscina de líquido anular.
- Construir una piscina líquida anular de cobre que mida Ri x 4 mm de diámetro interior y Ro 20 mm de diámetro exterior y d a 12 mm de altura.
- Utilice una placa de polisulfona que mida RP a 20 mm de diámetro como parte inferior de la piscina líquida (ver Tabla de materiales).
- Taladre un pequeño agujero que mida 2 mm de diámetro cerca de la pared interior (6 mm de distancia del centro del círculo) como el orificio de inyección de líquido.
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Resultados
Se definió la relación de volumen exacta y se reconstruyó la topografía de la superficie líquida en función de las imágenes capturadas por el CCD. Se determinó la condición de inestabilidad crítica, y se estudiaron las características de oscilación mediante análisis de señales de temperatura de un solo punto y señales oscilantes de desplazamiento. Se obtuvo la estructura del campo de flujo, y la transición del patrón de flujo se determinó mediante el cambio de la imagen infrarroja con el .......
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Discusión
Debido a la limitación de los recursos espaciales, el volumen del equipo en su conjunto es de sólo 400 mm a 352 mm a 322 mm, con un peso de sólo 22,9 x 0,2 kg. Esto es muy inconveniente al seleccionar y diseñar dispositivos experimentales, y el establecimiento del sistema de flujo se convierte en el paso crítico. Por lo tanto, la creciente diferencia de temperatura se establece en dos extremos de la piscina líquida para que el fluido pueda generar una serie de fenómenos de flujo. Con el fin de observar todo el proceso de.......
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Divulgaciones
No tenemos nada que revelar.
Agradecimientos
Hay muchos participantes que han contribuido al trabajo reportado en este documento, incluyendo a todos los miembros de nuestro equipo de proyecto, así como algunas personas del Centro de Investigación y Entrenamiento de Astronautas (ACC) y Neusoft.
Este trabajo está financiado por el Programa Estratégico de Investigación Prioritaria sobre Ciencia espacial, Academia China de Ciencias: SJ-10 Vólte De Experimento Científico Recuperable (Grant No. XDA04020405 y XDA04020202-05), y por el fondo conjunto de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (U1738116).
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Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| líquido antideslizante | 3M | EGC-1700 | |
| CCD | WATTEC | WAT-230VIVID | |
| Sensor de desplazamiento | Panasonic | HL-C1 | |
| Película calefactora | HongYu | 125 Q/W335.1A | |
| Cilindro hidráulico | FESTO | ADVU-40-25-P-A | |
| Cámara infrarroja | FLIR | Tau2 | |
| LED | 693 Institute | 10257MW7C | |
| Montor | PI | M-227 | |
| Controlador Montor | PI | C-863 | |
| Tubo, 4mm | FESTO | PUN-4X0,75-GE | |
| placa de polisulfona | 507 Institute | ||
| Chip de refrigeración | Zhongke | 9502/065/021M Aceite | |
| silicona, 2cSt | Shin-Etsu | KF-96 | |
| Solenoide | FESTO | MFH-2-M5 | |
| Controlador de temperatura | Eurotherm | 3304 | |
| Termopar, tipo K | Universidad del Norte de China | ZBDX-HTTK |
Referencias
- Scriven, L. E., Sternling, C. V. The Marangoni effect. Nature. 187, 186-188 (1960).
- Kamotani, Y., Chang, A., Ostrach, S. Effects of heating mode on steady antisymmetric thermocapillary flows in microgravity. Heat Transfer in Microgravity Systems, Trans. American Society of Mechanical Engineers. 290, https://heattransfer.asmedigitalcollection.asme.org/ 53-59 (1994).
- Benz, S., Schwabe, D.
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Reimpresiones y permisos
