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2008年  第28卷  第1期

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论文
颗粒气体的类气液相变
厚美瑛, 刘锐
2008, 28(1): 1-5. doi: 10.11728/cjss2008.01.001
摘要(2428) PDF 1494KB(1196)
摘要:
颗粒体系是远离平衡态的复杂散耗体系，在外力驱动下，能表现出类似于固体、液体或气体的特性。在外力驱动下，能表现出类似于固体、液体、或气体的特性，在稀疏的颗粒气体中，由于耗散，体系中常常会形成颗粒在局部的凝聚。这种凝聚行为具有自发对称性破缺的特征，使得颗粒气体中自动形成高密度区域和低密度区域共存的非均匀状态，类似于气体中液滴的形成。本文利用零重力条件下的三维颗粒气体理论模型进行计算和分析，揭示了颗粒气体这一相变行为的不稳定性根源及类气液相变本质，给出了颗粒气体中这种相分离发生的临界条件，并通过了分子动力学模拟进行检验，结果从定性上和定量上都能够很好地吻合，为进一步的空间实验提供了理论依据和相关实验参数。
地面模拟微重力条件下Cu-Pb合金的制备及微观结构与摩擦性能研究
王小永, 达道安
2008, 28(1): 6-11. doi: 10.11728/cjss2008.01.006
摘要(2333) PDF 3060KB(2400)
摘要:
利用地面上建立的微重力电磁模拟设备成功制备出了Cu-Pb二元难混合金，并对其微观组织结构与摩擦性能进行了分析与测试。样品SEM分析结果表明，模拟微重力状态下制备的合金样品较好地克服了地面上因重力影响而产生的严重成分偏析，少数弥散相较均匀地分布于基体中，少数相含量越低，弥散体尺寸越小，分布越均匀；摩擦性能测试结果显示合金模拟样品的摩擦性能明显好于基体金属，且摩擦系数随少数相Pb的含量的增大而减小，体积磨损率随少数相含量的增大先快速减小而后又缓慢增大。同时对实验结果进行了简单的分析与讨论。
蒸发效应与热毛细对流耦合现象的实验研究
朱志强, 纪岩, 刘秋生, 阎嘉坪, 解京昌
2008, 28(1): 12-16. doi: 10.11728/cjss2008.01.012
摘要(2336) PDF 2373KB(1202)
摘要:
实验研究了矩形液池中蒸发薄液居中蒸发效应与热毛细对流的耦合机理. 对于单纯的热毛细对流稳定性从实验和理论上已有深入研究，但目前国际上对带有菇发界面的热毛细对流问题尚缺乏研究. 特别是近来的研究发现，气液界面的蒸发对热毛细对流稳定性有很大的影响. 本实验以温度为主要控制参数，测量了不同工况下蒸发界面不同点的蒸发速率和表层温度，并利用 PIV 方法分析得到了液体内的嘛场分布. 实验结果发现，随着沿界面的温差增加，蒸发液体内的流型从稳定的单涡胞结构变为稳定的多祸胞结构，并最终演变为紊流结构. 综合分析以上测量结果并与理论分析结果进行了比较。
DMFC内部气液两相流动与电性能的短时落塔实验研究
赵建福, 郭航, 叶芳, 万士昕, 韦明罡, 吴峰, 律翠萍, 马重芳
2008, 28(1): 17-21. doi: 10.11728/cjss2008.01.017
摘要(2062) PDF 1604KB(1306)
摘要:
利用国家微重力实验室落塔提供的短时微重力实验环境,对常重力和微重力条件下直接甲醇燃料电池(DMFC)内部的气液两相流动形态和相应电性能等的影响进行了实验研究,发现在微重力条件下,DMFC阳极流道内CO2气泡速度很小,气泡尺寸随着时间的推移而不断长大,甚至堵塞流道;流道堵塞现象随电流增大而急剧强化.电性能曲线显示,在浓差极化区存在显著的重力效应,电性能的恶化随浓差极化程度的加强而增大.
卫星搭载聚氨酯泡沫闷烧实验
王双峰, 尹永利
2008, 28(1): 22-27. doi: 10.11728/cjss2008.01.022
摘要(2293) PDF 2082KB(1136)
摘要:
SJ-8卫星搭载闷烧实验,利用长时间微重力条件,对等压条件下聚氨酯泡沫试样中的闷烧点燃和双向传播过程进行了研究,两种气流氧气浓度分别为21%和35%,气流速度为3.1 mm/s.实验结果表明,氧气浓度较小时,逆向闷烧在传播到试样末端之前将自行熄灭,同向闷烧可以自维持传播至试样末端.气流氧气浓度为35%时,逆向闷烧和同向闷烧都可自维持传播;当逆向闷烧传播至试样末端区域时反应急剧加速,导致局部发生闷烧向有焰燃烧转变;有焰燃烧进一步点燃闷烧反应留下的剩余碳,使其发生剧烈的二次氧化反应,并向下游传播直到剩余碳耗尽.实验结果为研究闷烧机理提供了基础数据,对载人航天器舱内的火灾安全具有实际意义.
卫星搭载导线着火前期特性实验研究
孔文俊, 王宝瑞, 劳世奇, 艾育华
2008, 28(1): 28-32. doi: 10.11728/cjss2008.01.028
摘要(2050) PDF 2162KB(1033)
摘要:
导线绝缘层的过热及由此发生的着火和燃烧是载人航天飞行器中引起火灾的主要原因.研究微重力下导线绝缘层的可燃性对于预防飞船中火灾的发生有重要意义.本文描述了SJ-8卫星搭载实验项目导线着火前期特性硬件研制以及实验情况.实验中获得了导线着火前期的温度和辐射特性.在搭载实验中,研究了导线过载电流和导线捆绑方式对导线绝缘层着火前期特性的影响.同时将微重力下的实验结果与地面功能模拟的实验结果进行了对比.实验结果表明,微重力环境下自然对流基本消失,导线和电子电气元件的散热情况恶化,在过载的情况下,就可能过热,从而导致失火.搭载实验中导线先期着火征兆的获得,将为开发我国微重力下的着火监测和早期报警装置提供新的技术途径,为我国载人航天飞行器内安全防火的工程技术工作提供科学依据和基础数据资料.
纵向非均匀多孔介质Marangoni对流不稳定性
赵思诚, 刘秋生
2008, 28(1): 33-37. doi: 10.11728/cjss2008.01.033
摘要(2176) PDF 2247KB(982)
摘要:
理论研究了纵向非均匀多孔介质中流体表面张力驱动的对流不稳定性.充满液体的多孔介质层从下方加热,上方自由表面冷却,形成可引起多孔介质液层Marangoni-Benaxd对流流动的纵向温度梯度.采用线性化的Brinkman-Forchheimier方程作为控制方程组,对孔隙率分别为线性函数、正弦三角函数分布的非均匀多孔介质液层的Marangoni-Benaxd问题进行了线性稳定性分析.通过采用Chebyshev-Tau谱方法求解广义特征值问题,得到了系统临界Maxangoni数随无量纲波数变化的中性稳定性曲线,分析和比较了孔隙率的变化对液层对流稳定性和流场结构的影响,获得了纵向非均匀多孔介质液层不稳定性现象的新特征.
池沸腾现象中热毛细对流的成因
李震东, 赵建福, 鲁仰辉, 李晶
2008, 28(1): 38-43. doi: 10.11728/cjss2008.01.038
摘要(3174) PDF 827KB(1155)
摘要:
针对微重力条件下单组份液体池沸腾现象,探讨了有关热毛细效应作用及其成因的不同观点,指出正确描述气液相变界面两侧的温度关系是解决争议的关键.详细评述了现有的气液相变界面温度模型,发现气液相变的非平衡特征会导致气液界面上产生温度梯度,引起表面张力的显著差异,从而驱动热毛细对流的形成.但现有气液相变界面温度模型机理差异迥然,预测结果也差别很大,因此,需要更深入研究.
一种应用在航天探测器上的二氧化碳两相回路热控系统冷凝器的设计优化
黄臻成, 莫冬传, 吕树申, 何振辉, A. Paul, J.E. Van
2008, 28(1): 44-48. doi: 10.11728/cjss2008.01.044
摘要(2965) PDF 2312KB(1232)
摘要:
阿尔法磁谱仪中的轨迹探测器是探测空间反物质的核心探测器,它工作于由超流液氦冷却的超导磁体的中心,其正常运作需要体积小、散热及温控能力强的热控系统的支持,以应对国际空间站上复杂的太空热流环境及真空、微重力等因素.介绍了利用SINDA/FLUINT模拟方法,对轨迹探测器的热控系统冷凝器进行设计优化.
落塔微重力水平激光干涉测量方法中的干扰因素分析
屈少波, 闫奇众, 田蔚, 吴书朝
2008, 28(1): 49-54. doi: 10.11728/cjss2008.01.049
摘要(2763) PDF 1132KB(893)
摘要:
落塔是获得微重力环境的重要设施，落塔微重力水平的测量对微重力科学实验的研究至关重要. 激光干涉是测量落塔微重力水平的一种新方法，这种方法的基本原理是让一个参考落体在落舱中自由下落，落舱由于受到服外空气阻力的作用将与自由落体运动略有差异，1 11. 肫内的参考落体则更接近理想的自由落体运动，这就使得落舱与参考落体之间存在着加速度差，这种加速度差便反映了落服的微重力水平，其所导致的相对运动则可通过激光干涉的方法测量出来. 本文对落塔微重力水平的激光干涉测量方法中将会遇到的一些主要干扰因素进行了分析，计算结果表明，这些干扰网素所造成的总误差约为 1.2 x 10-7g，低于微重力水平的预测值 10-4~lO-6 g，因此该方法是一种比较可行的测量方法.
静电悬浮加速度计噪声测试数据的频谱分析方法
薛大同
2008, 28(1): 55-63. doi: 10.11728/cjss2008.01.055
摘要(2490) PDF 1132KB(892)
摘要:
分析了不同系数的离散傅里叶变换公式的含意，并从中筛选出符合工程分析要求的正确公式。为使用快速傅里叶变换可采用多种方式使数据符合2的整数次幂，分析了各种方法的优缺点；分析了各种频谱的应用对象，得出静电悬浮加速度计噪声适宜采用功率谱密度，且在窗函数应用上宜选择与之符合的系数；给出了使用OriginLab公司Origin5.0/7.0软件计算功率谱密度时所必须采取的纠正措施，提出地面测试静电悬浮加速度计噪声需采用差分方法以仰制环境噪声，具体操作方法是，将两台加速度计已扣除平均值的时域噪声值相减后除以平方根2。
蒸发液滴空间实验研究的图像反馈控制系统
于强, 宁乔, 朱志强, 袁章福
2008, 28(1): 64-68. doi: 10.11728/cjss2008.01.064
摘要(2433) PDF 1865KB(1155)
摘要:
提出了一种利用图像反馈控制系统测量液滴蒸发速率的方法.该系统主要由图像采集、图像处理、反馈控制三个部分组成.其工作原理是对CCD采集到的液滴图像进行分析,得到液滴的物性参数,利用控制注液器动态注入来维持液滴的大小,由此得到单位时间内的注入量,即液滴蒸发速率.或通过对液滴图像几何尺寸的计算,得到单位时间内液滴的变化量,进而得到液滴的蒸发速率.为了从动态变化的图像中准确找到液滴的轮廓,简单介绍了基于拉普拉斯方程,运用牛顿法和龙格库塔法等数值方法,对图像轮廓进行拟合的算法理论.以拟合得到的液滴轮廓为基础,利用数值积分计算液滴的表面积和体积,从而由体积的变化量确定蒸发速率.介绍了图像反馈控制系统的软件结构和硬件结构.并给出了利用其进行液滴蒸发测量得到的实验结果.该系统是为我国SJ-10返回式卫星上蒸发与流体界面效应空间实验研究项目专门开发的.
航天器贮箱气液自由界面追踪数值模拟
李章国, 刘秋生, 纪岩, 侯辉
2008, 28(1): 69-73. doi: 10.11728/cjss2008.01.069
摘要(2411) PDF 2394KB(1201)
摘要:
主要讨论了航天器贮箱在轨道航行时的微重力状态下其液体推进剂在贮箱内的形态分布及控制.文中采用VOF方法,加入了表面张力的效应,追踪气液两相流的自由界面,对液面在微重力条件下的位形变化进行了数值模拟.通过比较不同重力加速度及接触角下的两相流的相图,分析了影响贮箱中液体推进剂位形变化的主要因素及对其有效的控制方法.
图像法求液滴表面张力和接触角
宁乔, 朱志强, 吕旭涛, 于强, 袁章福
2008, 28(1): 74-79. doi: 10.11728/cjss2008.01.074
摘要(3036) PDF 2218KB(1535)
摘要:
空间流体实验具有无人操作的特殊性,需要对监控图像进行实时处理,得到目标参数.本文研究了利用照相机捕捉到的液滴灰度图像,分析求取液滴的表面张力、接触角、体积等物理参数的方法.针对液滴的灰度图像,利用边界提取、域值分割等图像处理方法,得到液滴的基本轮廓.建立基于液面像素点坐标的拉普拉斯方程,运用牛顿一拉夫逊法、龙格-库塔法、坐标轮换法等多种数值方法,对液滴的边界进行拟合,寻求最优的轮廓拟合点.根据最优的拟合点,确定液滴的物理参数.提出了利用牛顿法与一维寻优相结合的算法进行轮廓拟合的方法,并与文献[1]提出的算法进行了比较,证明了该方法具有收敛速度较快,拟合精度较高的特点.该方法是实现空间蒸发液滴热毛细对流和接触角测量实验的一项关键技术,同时也可以运用到非接触测量的实验场合.
空间飞行与回转器回旋条件下青菜开花与花粉发育的研究
郑慧琼, 魏宁, 陈爱地, 王六发
2008, 28(1): 80-86. doi: 10.11728/cjss2008.01.080
摘要(2311) PDF 1994KB(1059)
摘要:
比较研究了SJ-8返回式卫星留轨舱微重力条件与地面三维回转模拟微重力条件下青菜生长与发育情况.研究发现空间微重力条件下青菜开花过程需要大约18 h,明显长于地面对照5 h左右.回转器模拟实验结果表明,改变重力影响了花瓣的伸展与发育及花粉的产量,回转条件下花粉细胞中的微管排列明显不同于静止对照.细胞骨架受到干扰可能是改变重力条件下花粉产量降低的原因之一.本研究首次报道了在空间飞行试验中成功地采用了显微实时图像技术观察植物的开花过程,并获得了从花蕾到开花结束各阶段清晰的图像.
模拟微重力对人骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化中细胞信号通路影响的分析
黄国平, 郑强, 杨金凤, 郭春娟, 沈丹, 石东燕, 徐玉林, 潘志军, 王金福
2008, 28(1): 87-96. doi: 10.11728/cjss2008.01.087
摘要(2098) PDF 2855KB(1346)
摘要:
通过模拟来研究微重力对hMSC向成骨细胞分化的影响,并利用相关信号通路的激活剂或抑制剂来调节这一分化过程.研究结果表明,在成骨细胞分化诱导条件下,微重力降低了hMSC向成骨细胞定向分化的能力,并且成骨细胞标记性基因的表达明显降低, Runt相关转录因子2(Ruax2)的表达受到抑制.相反,过氧化物酶体增殖激活受体γ(PPARγ2)的表达则增加.同时,微重力也降低了ERK的磷酸化水平,而增加了p38MAPK的磷酸化水平.使用p38MAPK的抑制剂SB203580能够抑制p38MAPK的磷酸化,但不能降低PPARγ2的表达水平.骨形态发生蛋白(BMP)能增加Runx2的表达水平.成纤维细胞生长因子2(FGF2)增加了ERK的磷酸化水平,但也不能显著增加成骨细胞标记性基因的表达水平.采用BMP,FGF2和SB203580三种因子组合来调控微重力下的成骨细胞分化能力,结果表明三者的协同作用能显著逆转微重力对成骨细胞定向分化的生物学效应.研究结果还说明,模拟微重力应该是通过不同的细胞信号通路来抑制成骨细胞分化和提升脂肪细胞分化的.

期刊介绍

ISSN 0254-6124       CN 11-1783/V

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