Un protocole pour la conception de la charge utile spatiale, l’expérience spatiale sur la convection thermocapillaire, et des analyses de données expérimentales et d’images sont présentées dans cet article.
Un abonnement JoVE est requis pour visualiser ce contenu. Connectez-vous ou commencez votre période d'essai gratuite.
Article de méthode
Expérience spatiale de convection thermocapillaire sur le satellite récupérable SJ-10
* These authors contributed equally
Dans cet article
Résumé
Résumé
La convection thermocapillaire est un sujet de recherche important dans la physique des fluides de microgravité. L’étude expérimentale sur les ondes de surface de convection thermocapillaire dans un pool liquide annulaire est l’un des 19 projets expérimentaux scientifiques sur le satellite récupérable SJ-10. Présenté est une conception pour une charge utile pour l’étude expérimentale spatiale sur la convection thermocapillaire qui comprend le modèle expérimental, le système de mesure, et le système de contrôle. Les spécificités pour la construction d’un modèle expérimental d’un pool liquide annulaire avec des rapports de volume variables sont fournies. Les températures des fluides sont enregistrées par six thermocouples avec une sensibilité élevée de 0,05 oC à différents points. Les distributions de température sur la surface liquide libre sont capturées au moyen d’une caméra thermique infrarouge. La déformation de surface libre est détectée par un capteur de déplacement avec une grande précision de 1 m. Le processus expérimental est entièrement automatisé. La recherche est axée sur les phénomènes d’oscillation thermocapillaire sur la surface sans liquide et les transitions de motifs convectifs grâce à des analyses de données expérimentales et d’images. Cette recherche sera utile pour comprendre le mécanisme de la convection thermocapillaire et offrira un aperçu plus approfondi des caractéristiques non linéaires, l’instabilité des flux, et les transitions de bifurcation de la convection thermocapillaire.
Introduction
Dans des conditions de microgravité dans l’espace, de nombreux phénomènes physiques intéressants sont présentés en raison de l’absence de gravité. Dans un liquide à surface libre, il existe un nouveau système d’écoulement (c.-à-d. flux thermocapillaire) qui est causé par le gradient de température ou le gradient de concentration. Différente de la convection traditionnelle au sol, la convection thermocapillaire est un phénomène omniprésent dans les environnements spatiaux. Comme il s’agit d’un sujet de recherche très important dans la physique des fluides de microgravité, un certain nombre d’expériences ont été menées dans l’espace ainsi que sur le terrain. Récemment, ....
Accès restreint. Veuillez vous connecter ou commencer un essai pour afficher ce contenu.
Protocole
1. Conception et préparation du système expérimental
- Construire la piscine liquide annulaire.
- Construire une piscine liquide annulaire en cuivre mesurant Ri -4 mm de diamètre intérieur et Ro 20 mm de diamètre extérieur et d 12 mm de hauteur.
- Utilisez une plaque de polysulfone mesurant RP et 20 mm de diamètre comme fond de la piscine liquide (voir Tableau des matériaux).
- Percer un petit trou mesurant 2 mm de diamètre près de la paroi interne (6 mm du centre du cercle) comme le trou d’injection liquide.
- Maintenez l....
Accès restreint. Veuillez vous connecter ou commencer un essai pour afficher ce contenu.
Résultats
Le rapport de volume précis a été défini, et la topographie de surface liquide a été reconstruite à partir des images capturées par le CCD. L’état critique d’instabilité a été déterminé, et les caractéristiques d’oscillation ont été étudiées par des analyses sur des signaux de température de point unique et des signaux oscillants de déplacement. La structure du champ d’écoulement a été obtenue, et la transition du modèle d’écoulement a été déterminée par le changement de l’image infraroug.......
Accès restreint. Veuillez vous connecter ou commencer un essai pour afficher ce contenu.
Discussion
En raison de la limitation des ressources spatiales, le volume de l’équipement dans son ensemble est seulement 400 mm - 352 mm - 322 mm, avec un poids de seulement 22,9 à 0,2 kg. C’est très gênant lors de la sélection et de la pose de dispositifs expérimentaux, et l’établissement du système de débit devient l’étape critique. Par conséquent, la différence de température croissante est réglée à deux extrémités de la piscine liquide afin que le fluide puisse générer une série de phénomènes d’écoulement. Afin d’observer l’en.......
Accès restreint. Veuillez vous connecter ou commencer un essai pour afficher ce contenu.
Déclarations de divulgation
Nous n’avons rien à divulguer.
Remerciements
Il y a beaucoup de participants qui ont contribué au travail rapporté dans ce document, y compris tous les membres de notre équipe de projet, ainsi que quelques personnes du Centre de recherche et de formation des astronautes (ACC) et Neusoft.
Ces travaux sont financés par le Strategic Priority Research Program on Space Science, Chinese Academy of Sciences: SJ-10 Recoverable Scientific Experiment Satellite (Grant No. XDA04020405 et XDA0402020202-05), et par le fonds conjoint de la National Natural Science Foundation of China (U1738116).
....Accès restreint. Veuillez vous connecter ou commencer un essai pour afficher ce contenu.
Matériaux
| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| liquide anti-fluage | 3M | EGC-1700 | |
| CCD | WATTEC | WAT-230VIVID | |
| Capteur de déplacement | Panasonic | HL-C1 | |
| Film chauffant | HongYu | 125 Q/W335.1A | |
| Vérin hydraulique | FESTO | ADVU-40-25-P-A | |
| Caméra infrarouge | FLIR | Tau2 | |
| LED | 693 Institute | 10257MW7C | |
| Montor | PI | M-227 | |
| Montor controller | PI | C-863 | |
| Pipe, 4mm | FESTO | PUN-4X0,75-GE | |
| plaque polysulfone | 507 Institute | ||
| Puce de réfrigération | Zhongke | 9502/065/021M | |
| Huile de silicone, 2cSt | Shin-Etsu | KF-96 | |
| Solénoïde | FESTO | MFH-2-M5 | |
| Régulateur de température | Eurotherm | 3304 | |
| Thermocouple, type K | Université du Nord de Chine | ZBDX-HTTK |
Références
- 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.
Accès restreint. Veuillez vous connecter ou commencer un essai pour afficher ce contenu.
Réimpressions et autorisations
