微重力单气泡沸腾实验研究

基于SJ-10返回式科学实验卫星单气泡沸腾(SOBER-SJ10)实验装置正交双CCD观测系统特征,开发了基于双目视觉算法的图像分析方法,对空间微重力环境单气泡沸腾实验模式下气泡生长过程进行了定量分析。基于加热面局部温度测点数据,分析了微重力单气泡生长过程中底部温度和热流密度的演化特征。微重力条件下,气泡底部接触线区域维持了高效的相变换热,通过底部接触线区域的蒸发-顶部气液界面的冷凝维持了微重力单气泡沸腾传热。图像与科学数据分析结果,包括微重力条件下单个气泡生长过程中气泡形态演化特征与生长气泡底部局部传热等数据,不仅揭示了微重力沸腾传热性能得以维持的细观机制,也为进一步发展沸腾气泡模型提供了可资校验的实测数据。

液-液驱替动力学研究

Marangoni效应是一种液体在界面张力梯度作用下的自发流动行为.液体界面上液体的Marangoni效应在工程技术领域具有重要作用.本文使用硅油作为驱动液体,正十六烷作为被驱动液体,十二烷基硫酸钠溶液作为液体基底,通过高速相机捕捉正十六烷受驱动铺展的整个过程,研究了三相液体系统中液滴的Marangoni效应.实验发现,正十六烷在硅油的驱动下从内向外铺展,形成液体圆环.本文根据正十六烷圆环内、外边界铺展行为,分析了正十六烷内边界和外边界的铺展原理,并研究了滴入硅油体积对于铺展过程的影响.研究发现,正十六烷内边界铺展与单一液滴的铺展规律相同,正十六烷内边界前期铺展由重力主导,内边界铺展标度律在R~t^(1/4)到R~t^(1/2)范围.随后铺展由界面张力梯度主导,内边界铺展标度律为.因内边界铺展受重力影响,内边界的铺展速度与硅油体积成正相关.而正十六烷外边界在硅油驱动下,因接触角改变而产生界面张力梯度,在界面张力梯度作用下外边界铺展标度律为R~t^(3/4).

实践十号卫星有效载荷胶体材料箱地基实验

胶体材料箱是装载于实践十号上的重要载荷,用于空间胶体自组装的实验研究.地基实验阐明了常重力下的蒸发驱动胶体自组装机制.围绕胶体材料箱开展地基实验研究,制备了一种亲/疏水限位基片,分析了蒸发过程中受限液滴接触角的变化规律.通过同步显微观察法研究受限胶体液滴内部粒子的沉积行为,发现粒子沉积图案的形成过程由三种动力学行为控制.另外,通过落塔装置模拟短时微重力环境,分析重力瞬变引起限位基片上液滴的振荡过程,揭示了振荡过程中两个不同阶段的振荡特性.地基实验结果为在轨实验工况确定以及空间与地面实验对比提供了数据支撑,这对箱体工程参数设定以及空间实验条件匹配等具有重要意义.

NaCl对液-液扩散法生长溶菌酶晶体的影响

用动态光散射法研究了不同浓度NaCl对液 -液扩散法生长溶菌酶晶体的影响 ,并测量了晶体生长前后体系的Zeta电势 .结果表明 ,NaCl浓度较高时 ,在溶菌酶溶液 -凝胶界面处会发生液液分层现象 ,溶液中一直存在较大的聚集体 ,生长出的晶体质量较差 .而在合适的NaCl浓度下 ,随着溶液Zeta电势降低 ,溶液中溶菌酶的大的聚集体发生解聚集 。

基于Marangoni效应的液-液驱动铺展过程

液体表面的液滴运动在微流体和许多生物过程中具有广泛的应用前景.本文通过研究在液体基底上一种低表面张力液体对另一液体的驱动来理解Marangoni效应在自发驱动体系中的作用.为了研究液体驱动的液滴铺展过程,建立了以不易挥发性硅油作为驱动溶剂、正十六烷作为受驱动液滴,以及不同浓度的十二烷基硫酸钠溶液作为基底溶液的实验体系.通过对正十六烷液滴受驱动铺展动态过程的观察和研究,发现界面张力梯度对液体驱动的铺展起主导作用.实验结果表明:基底溶液浓度主要对正十六烷液滴的最大铺展半径存在影响.此外,用经典稳定性分析模型解释了正十六烷在受驱动铺展过程中由液柱破碎成小液滴的原因,同时得到了失稳特征参数最快不稳定波长与正十六烷液柱半径之间的关系.

基于遗传算法的SOBER-SJ10池沸腾传热研究

基于遗传算法构建了沸腾过程中加热固壁一维瞬态导热反问题计算方法,采用具有精确解的半无限瞬态导热问题构造了一个校核算例,验证了该算法具有较高的准确度和抗干扰能力,能够准确反演计算沸腾传热瞬态热流密度。基于该算法分析了SOBER-SJ10地面和空间实验中沸腾传热特性,结果表明微重力环境中单相传热被严重抑制,热流密度远小于地面数值;不同重力条件下核态沸腾传热曲线落在同一位置,显示出低热流密度时核态沸腾传热具有某种重力无关特征;但微重力条件下核态沸腾曲线起始于远低于地面的热流密度,同时在远比地面小的热流密度值时达到临界热流状态,并转变为过渡沸腾模式。