In questo documento sono presentati un protocollo per la progettazione del carico utile spaziale, l'esperimento spaziale sulla convezione termocapillare e le analisi di dati e immagini sperimentali.
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Articolo metodologico
Esperimento spazio convezione termocapillare sul satellite recuperabile SJ-10
* These authors contributed equally
In questo articolo
Sommario
Abstract
La convezione termocapillare è un importante soggetto di ricerca nella fisica dei fluidi di microgravità. Lo studio sperimentale sulle onde superficiali della convezione termocapillare in una piscina liquida anulare è uno dei 19 progetti sperimentali scientifici sul satellite recuperabile SJ-10. È stato presentato un progetto per un carico utile per uno studio sperimentale sullo spazio sulla convezione termocapillare che include il modello sperimentale, il sistema di misurazione e il sistema di controllo. Vengono fornite le specifiche per la costruzione di un modello sperimentale di una piscina liquida anulare con rapporti di volume variabili. Le temperature fluide sono registrate da sei termocoppie con un'alta sensibilità di 0,05 gradi centigradi in diversi punti. Le distribuzioni di temperatura sulla superficie libera del liquido vengono catturate mediante una termocamera a infrarossi. La deformazione della superficie libera viene rilevata da un sensore di spostamento con un'elevata precisione di 1 m. Il processo sperimentale è completamente automatizzato. La ricerca si concentra sui fenomeni di oscillazione termocapillare sulle transizioni di modelli di superficie e convettive senza liquido attraverso analisi di dati e immagini sperimentali. Questa ricerca sarà utile per comprendere il meccanismo di convezione termocapillare e offrirà ulteriori approfondimenti sulle caratteristiche non lineari, l'instabilità del flusso e le transizioni di biforcazione del convezione termocanopillare.
Introduzione
In condizioni di microgravità nello spazio, molti fenomeni fisici interessanti sono presentati a causa dell'assenza di gravità. In un liquido con una superficie libera, esiste un nuovo sistema di flusso (cioè il flusso termocapillare) che è causato dal gradiente di temperatura o dal gradiente di concentrazione. A differenza della convezione tradizionale sul terreno, la convezione termocapillare è un fenomeno onnipresente negli ambienti spaziali. Poiché si tratta di un argomento di ricerca molto importante nella fisica dei fluidi di microgravità, sono stati condotti una serie di esperimenti nello spazio e a terra. Recentemente, sono stati effettuati studi sperimentali ....
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Protocollo
1. Progettazione e preparazione del sistema sperimentale
- Costruire la piscina liquida anulare.
- Costruire una piscina liquida anulare di rame misurando Ri - 4 mm di diametro interno e Ro 20 mm in diametro esterno e d 12 mm di altezza.
- Utilizzare una piastra polisulfone che misura RP e 20 mm di diametro come fondo della piscina liquida (vedere Tabella dei materiali).
- Forare un piccolo foro di misura, ovvero 2 mm di diametro vicino alla parete interna (6 mm di distanza dal centro del cerchio) come foro di iniezione liquido.
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Risultati
È stato definito il rapporto di volume accurato e la topografia della superficie liquida è stata ricostruita in base alle immagini catturate dal CCD. È stata determinata la condizione critica di instabilità e le caratteristiche di oscillazione sono state studiate attraverso analisi su segnali di temperatura a punto singolo e segnali oscillanti di spostamento. La struttura del campo di flusso è stata ottenuta e la transizione del modello di flusso è stata determinata attraverso il cambiame.......
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Discussione
A causa della limitazione delle risorse spaziali, il volume dell'apparecchiatura nel suo complesso è di soli 400 mm , 352 mm e 322 mm, con un peso di soli 22,9 x 0,2 kg. Questo è molto scomodo quando si selezionano e dispongono dispositivi sperimentali, e la creazione del sistema di flusso diventa il passo critico. Pertanto, l'aumento della differenza di temperatura è impostato a due estremità della piscina liquida in modo che il fluido possa generare una serie di fenomeni di flusso. Per osservare l'intero processo di co.......
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Dichiarazioni
Non abbiamo niente da rivelare.
Ringraziamenti
Ci sono molti partecipanti che hanno contribuito al lavoro riportato in questo documento, compresi tutti i membri del nostro team di progetto, così come alcune persone del centro di ricerca e formazione degli astronauti (ACC) e Neusoft.
Questo lavoro è finanziato dallo Strategic Priority Research Program on Space Science, Chinese Academy of Sciences: SJ-10 Recoverable Scientific Experiment Satellite (Grant No. XDA04020405 e XDA04020202-05), e dal fondo congiunto della National Natural Science Foundation of China (U1738116).
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| liquido anti-strisciamento | 3M | EGC-1700 | |
| CCD | WATTEC | WAT-230VIVID | |
| Sensore di spostamento | Panasonic | HL-C1 | |
| Pellicola riscaldante | HongYu | 125 Q/W335.1A | |
| Cilindro idraulico | FESTO | ADVU-40-25-P-A | |
| Telecamera a infrarossi | FLIR | Tau2 | |
| LED | 693 Istituto | 10257MW7C | |
| Montor | PI | M-227 | |
| Montor controller | PI | C-863 | |
| Tubo, 4mm | FESTO | PUN-4X0,75-GE | |
| piastra in polisulfone | 507 Istituto | ||
| Chip di refrigerazione | Zhongke | 9502/065/021M | |
| Olio di silicone, 2cSt | Shin-Etsu | KF-96 | |
| Solenoide | FESTO | MFH-2-M5 | |
| Regolatore di temperatura | Eurotherm | 3304 | |
| Termocoppia, tipo K | North University of China | ZBDX-HTTK |
Riferimenti
- 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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Ristampe e permessi
