Experimento espacial de convecção termocapilar no satélite recuperável SJ-10

Resumo

Neste artigo são apresentados um protocolo para o projeto de carga espacial, o experimento espacial em convecção termocapilar e análises de dados e imagens experimentais.

Resumo

A convecção termocapilar é um importante sujeito de pesquisa em física de fluidos de microgravidade. O estudo experimental sobre ondas superficiais de convecção termocapilar em uma piscina líquida anular é um dos 19 projetos experimentais científicos no satélite recuperável SJ-10. Apresentado é um projeto para uma carga experimental para estudo espacial sobre convecção termocapilar que inclui o modelo experimental, sistema de medição e sistema de controle. As especificidades para a construção de um modelo experimental de uma piscina líquida anular com razões de volume variável são fornecidas. As temperaturas dos fluidos são registradas por seis termopares com alta sensibilidade de 0,05 °C em diferentes pontos. As distribuições de temperatura na superfície livre de líquidos são capturadas por meio de uma câmera térmica infravermelha. A deformação da superfície livre é detectada por um sensor de deslocamento com alta precisão de 1 μm. O processo experimental é totalmente automatizado. A pesquisa está focada em fenômenos de oscilação termocapilar na superfície livre de líquidos e transições de padrão convectivo através de análises de dados e imagens experimentais. Esta pesquisa será útil para entender o mecanismo de convecção termocapilar e oferecerá mais insights sobre as características não lineares, instabilidade de fluxo e transições de bifurcação de convecção termocapilar.

Introdução

condições de microgravidade no espaço, muitos fenômenos físicos interessantes são apresentados devido à ausência de gravidade. Em um líquido com superfície livre, existe um novo sistema de fluxo (ou seja, fluxo termocapilar) que é causado pelo gradiente de temperatura ou gradiente de concentração. Diferente da convecção tradicional no solo, a convecção termocapilar é um fenômeno onipresente em ambientes espaciais. Como é um importante sujeito de pesquisa em física de fluidos de microgravidade, uma série de experimentos foram realizados tanto no espaço quanto no solo. Recentemente, estudos experimentais espaciais foram realizados sobre convecção termocapilar no satélit....

Protocolo

1. Projeto e preparação do sistema experimental

1. Construa a piscina líquida anular.
   1. Construir uma piscina líquida anular de cobre medindo R_i = 4 mm de diâmetro interno e R_o = 20 mm de diâmetro externo e d = 12 mm de altura.
   2. Use uma placa de polisulfone medindo R_P = 20 mm de diâmetro como a parte inferior da piscina líquida (ver Tabela de Materiais).
   3. Faça um pequeno orifício que mede φ = 2 mm de diâmetro perto da parede interna (6 mm de distância do centro do círculo) como o orifício de injeção de líquido.
2. Mantenha....

Resultados

Definiu-se a razão de volume precisa, e a topografia da superfície líquida foi reconstruída com base nas imagens capturadas pelo CCD. A condição crítica de instabilidade foi determinada, e as características de oscilação foram estudadas por meio de análises em sinais de temperatura de ponto único e sinais oscilantes de deslocamento. A estrutura do campo de fluxo foi obtida, e a transição do padrão de fluxo foi determinada através da mudança da imagem infravermelha com o tempo. As caracter.......

Discussão

Devido à limitação dos recursos espaciais, o volume do equipamento como um todo é de apenas 400 mm × 352 mm × 322 mm, com peso de apenas 22,9 ± 0,2 kg. Isso é muito inconveniente ao selecionar e estabelecer dispositivos experimentais, e o estabelecimento do sistema de fluxo torna-se o passo crítico. Portanto, a diferença de temperatura crescente é definida em duas extremidades da piscina líquida para que o fluido possa gerar uma série de fenômenos de fluxo. A fim de observar todo o processo de convecção de constante a os.......

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
anti-rastejante líquido	3M	EGC-1700
CCD	WATTEC	WAT-230VIVID
Sensor de deslocamento	Panasonic	HL-C1
Filme de aquecimento	HongYu	125 Q / W335.1A
Cilindro hidráulico	FESTO	ADVU-40-25-PA
Câmera infravermelha	FLIR	Tau2
Diodo emissor de luz	693 instituto	10257MW7C
Montor	PI	M-227
Montor controlador	PI	C-863
tubulação,	FESTO	PUN-4X0,75-GE
microplaqueta	Zhongke	9502/065/021M
	instituto
, óleo de silicone 2cSt	Termopar

placa do polysulfone de 4mm da refrigeração do do controlador de temperatura do Eurotherm 3304 do solenoide FESTO MFH-2-M5 de Shin-Etsu KF-96, K-tipo universidade norte ZBDX-HTTK de China