空间站微重力流体实验设备需求分析

对国际空间站和中国科学实验卫星及载人飞行器上开展的微重力流体实验情况进行论述和分析,重点分析了国际空间站(ISS)微重力流体科学实验设备情况.根据中国空间微重力流体物理科学发展需求,结合国际空间站微重力流体科学实验对设备的需求,提出了未来在中国空间站开展微重力流体实验时空间实验设备需要重点考虑和解决的问题,同时提出相关设计建议.

微重力流体管理在航天工程中的应用

本文详细解释了微重力以及微重力流体管理的概念,阐明了微重力流体管理在推进系统、热控制系统、环境控制与生命保障系统、电源系统中的工程应用,指出了微重力流体管理面临的新挑战。

“神舟4号”飞船搭载微重力流体物理实验获得圆满成功

由中国科学院力学研究所胡文瑞院士和解京昌研究员领导的研究小组承担的"微重力液滴热毛细迁移实验"项目,利用自行研制的"通用流体实验装置",于2002年12月30日搭载"神舟4号"飞船,圆满完成了各项预定空间实验任务.

牛庄洼陷沙三中亚段三角洲—重力流体系沉积特征与模式

为了统一东营凹陷重力流的分类方案,进一步完善断陷湖盆三角洲—重力流体系沉积模式,以牛庄洼陷沙三中亚段三角洲—重力流砂体为研究对象,运用地震、测井和岩芯观察等手段,分析层序格架内三角洲—重力流砂体的沉积特征,分布规律和控制因素。结果表明:牛庄洼陷沙三中亚段可划分为一个T-R层序,即发育快速湖侵和湖退两个体系域,并进一步细分为6个准层序组,分别对应6期三角洲砂体;重力流砂体在湖退体系域PS5—PS1准层序组中分布广泛,但在湖侵体系域分布局限,成因上可分为四种类型:滑动,滑塌,碎屑流和浊流。滑动沉积主要呈带状临近三角洲前缘砂体分布。滑塌和碎屑流沉积分布于较远的洼陷斜坡和斜坡角附近。浊流沉积呈席状分布于洼陷最远的深陷部位;高达200 m/万年的三角洲进积速率,沙三段时期明显增强的断层活动速率,顺物源方向发育的构造坡折带,以亚热带植物为主的孢粉组合特征,δ13CPDB和δ18OPDB值的负漂移现象共同揭示:三角洲高速的进积速率,构造坡折带与断裂活动,温暖潮湿的古气候条件,控制着研究区沙三中亚段三角洲—重力流砂体的形成与分布。

微重力流体科学及其应用

随着空间科学技术的发展,人类进入了太空时代。众所周知,空间飞行器在轨道上的环境与地面是完全不同的,那里有高真空和来自太阳及其他辐射流的高能辐射。又因飞行器在飞行中受到的离心力和地球引力相抵消,所以它又是一个微重力环境。为了设计和制造能适应这种特殊环境的航天飞行器,就必须开展微重力流体科学研究。

重力流体在不同角度斜面上发散的直接数值化模拟

当不同密度的流体汇集在一起时,重力流体便会产生,它与许多现代工程应用都密切相关。大量与本课题相关的论文已经发表,并受到了各方的关注。在这个项目中,通过在Python中进行编程来分析检验在不同斜坡倾角下沿均匀斜坡向下传播的重力流的直接数值模拟的结果。

中国微重力流体科学的空间实验研究

微重力流体物理是微重力科学的重要组成部分,包括简单流体的许多新体系、气/液两相流动和传热以及复杂流体力学.微重力流体物理除其本身学术和应用的重要意义外,还与微重力燃烧学、空间生物技术和空间材料科学密切结合,促进了交叉学科的发展.利用我国返回式卫星和神舟飞船,进行了一批微重力科学的空间实验,使我国微重力科学迅速进展.本文主要介绍近10年来我国微重力流体科学的空间实验研究和主要学术成果.

多相热流体系统中的重力无关性准则

微重力多相热流体动力学是在航天(尤其是载人航天)事业快速发展推动下形成的一门新兴交叉学科,研究空间微、小重力环境中多相热流体体系的流动、传热与传质等基本规律及其应用,重力效应是关注的核心课题。本文系统分析和评述了多相热流体系统中重力无关性准则研究的主要进展,就基于主导作用力、流动沸腾中的单气泡行为以及气液两相环状流界面波和弹状流液泛现象等的3类重力无关性准则进行了详细的分析和讨论,以增强对其理论和/或经验基础的认识,进而开展更深入的研究,为航天应用多相热流体技术研发服务。同时,相关成果对地面常重力环境多相热流体系统(尤其是微通道多相热流体系统)相关技术应用也有着明确的指导意义。

微重力流体高效管理与高精度控制技术及工程应用

气液共存状态下的流体系统在微重力条件下通常面临气液有效分离、液体可靠管理、介质稳定传输、传输量和剩余量高精度测量等方面的问题，直接影响到微重力条件下流体系统的功能和性能。以卫星推进系统为例，由于推进剂贮箱无法实现气液有效分离和稳定传输，

海上深层特稠油多元热流体辅助重力泄油可行性室内研究

为了寻求适应海上深层特稠油提高采收率的方法,针对渤海LD16-1油田地质特点,根据相似准则组建大型室内高温高压填砂模型,进行了蒸汽辅助重力泄油(SAGD)与多元热流体辅助重力泄油(MAGD)的物理模拟实验。结果表明:相比于SAGD,MAGD具有初期产能高、后期递减快的特点,最终采出程度与累积原油蒸汽比分别提高了4.7%和0.445;通过注入大量的非凝析气(包括二氧化碳和氮气),发挥了非凝析气补充地层能量、溶解降粘、增加弹性能及降低界面张力的作用;对于MAGD技术,注汽温度是开采效果的主控因素;气水比过大时,开采效果变差,存在一个合理气水比;增加非凝析气注入量与非凝析气中二氧化碳的比例有利于强化MAGD的开采效果;比例实验数值模型模拟结果与物理模拟结果的拟合精度达93.19%。

海上深层特稠油多元热流体辅助重力泄油物理模拟与数值模拟

根据渤海旅大16-1深层特稠油油藏地质特点,建立了室内高温高压填砂模型,通过物理与数值模拟研究了多元热流体辅助重力泄油（MAGD）开采规律,结果表明：MAGD初期产能高,采油速度递减快,与蒸汽辅助重力泄油（SAGD）相比,其物理模拟采收率与累积油汽比分别提高了4.7%和0.196,与数值模拟结果（5.3%和0.066）较为一致;MAGD通过添加大量非凝析气扩大了泄油面积,此外非凝析气与原油间的物理化学作用,减少了蒸汽注入量,进一步提高了采收率。MAGD影响因素研究表明：随气水比增加,采收率先上升后下降,最佳气水比为20~50;增加CO2比例有助于提高开采效果;注汽温度越高,开采效果越好。

区域产层含流体重力分布规律与应用

区域产层是指在较大地质单元内，稳定分布的油气层，例如：柴达木盆地西部地区的N2^2-N2^1、E3^2、E3^1油气层，研究尕斯库勒、开特米里克、油泉子、南翼山，小梁山及尖顶山构造，区域产层的油、气、水分布规律，发现这些产层含流体性质，存在重力分布规律(图1)，例如，尕斯库勒E3^1主力油层，在埋藏较深的构造，如开特米里克、南翼山、小梁山为水层，而在埋藏较浅的构造，如尖顶山为气(显示)层．南翼山E3^2凝析气藏，在埋藏海拔相当或较高的尕斯库勒为油层，尖顶山及油泉子为气(显示)层；而埋藏海拔较深的构造，如开特米里克及小梁山为水层．此外，埋藏海拔较浅的油泉子及尖顶山N2^1顶部为油层，而埋藏较深的开特米里克及小梁山为水层．由此可见，在区域上，油、气、水层的分布与所在构造的海拔深度密切相关，这一规律称之为“区域产层含流体的重力分布规律.”应用这一规律，可以对不同埋深的构造，含油、气、水的前景进行预测。

微重力科学的发展与应用前景

微重力科学是研究微重力环境中的物理学、化学、生命科学和材料科学等的一门新兴科学，它是载人空间活动的主要利用项目。

已固结岩石中不含游离气体的热流体热动力研究

结合地热地质工作所能采集的数据,在假设实验的条件下,推导出流体膨胀压表达式。它适合于一切温、压条件,并揭示了:①流体膨胀压是地热回灌的一个制约因素,在天津地区古近系储层膨胀压是0.53～0.61MPa;②盆地中热源点流体膨胀压是推动流体向热源点、向浅部运移的基本动力;③重力势分压(初压)与流体密度相关,密度越小,重力势分压所占比例越少,当流体密度为初始密度一半时,重力势分压为0MPa,其温度区间是350℃～408℃,与流体的超临界点相关,相当于低阻带深度,在天津地区该深度是8～10km,即这一深度是流体重力循环的最大深度。

微重力下离心式锥形两相洗衣机流场的数值模拟研究

针对空间站长期在轨作业时为航天员提供干净衣物的需求,提出了一种适用于微重力环境的离心式锥形两相洗衣机方案。利用FLOW-3D流体力学软件基于VOF方法对微重力环境下该洗衣机方案静态流场分布、洗涤筒/波轮旋转时的动态界面形貌、波轮和洗涤筒对流场力的作用等关键的微重力流体管理问题开展了数值分析,结果表明:洗涤筒的交替转动使流场产生翻转效应,波轮与洗涤筒同向交替运动对流场产生更大的作用力;在气压平衡口安装一种防爬的楔形结构,洗涤过程采用波轮和洗涤筒同向交替转动、脱水过程洗涤筒单向旋转,洗涤效果更好。

月球着陆器两相流体回路性能衰退分析与验证

针对嫦娥三号着陆器两相流体回路12个月球昼夜的寿命需求,开展了氨分解导致两相流体回路传热温差增量的分析和试验验证,结果表明寿命末期不凝气体引起传热温差增量不超过2. 2℃,同位素核热源(RHU)向探测器的供热量减小0. 6 W,设备温度整体降低0. 6℃,对热控系统影响可忽略。根据在轨遥测,寿命周期内,两相流体回路工作在45℃~50℃时不凝气体引起的传热温差增量不超过1. 5℃,与地面验证结果吻合较好;经历52个月球昼夜周期内,传热温差在3. 5℃~4. 7℃内波动,在轨工作良好。

实践五号卫星空间流体实验的温度控制

论述了实践五号卫星空间流体实验温控部分的原理、构成和技术特点,并阐述了空间流体实验的遥测、遥控的实现方法。

可再充填起动篮芯柱结构排气管流体传输规律与仿真

保持排气管顶端多孔毛细元件的润湿,在微重力或较小干扰加速度下实现推进剂自保持,是可再充填起动篮研制过程中重点关注的问题之一。根据微重力流体力学和内角自流理论,结合起动篮的工作过程,分析了排气管顶端多孔毛细元件的润湿问题,设计了芯柱结构作为该问题的解决方案,针对两种典型工况,通过FLOW-3D软件进行了仿真计算,验证所设计芯柱能很好地实现介质导流抽吸,具备工程应用价值。进一步仿真分析了引流片数目对导流效果的影响以及柱形十字板的导流效果。

中国科学院国家微重力实验室简介

微重力科学是随着当今载人航天技术的发展而发展起来的前沿学科.微重力环境为诸多科学问题的研究提供了机遇,蕴育着自然科学的重大突破,并正在培育新一代高技术产业,是空间科学研究的热点.为适应我国空间科学发展的需要,1995年9月4日由总装备部和中国科学院共同投资建设中国科学院国家微重力实验室,2003年4月通过全面验收,成为我国微重力科学研究基地.实验室主任为中科院院士、国际宇航科学院院士胡文瑞研究员.依托单位是中科院力学所.