微重力流体力学

液桥热毛细对流实验

开展大Prandtl数液桥热毛细对流稳定性相关问题的研究，发现和认识在空间微重力环境下热毛细对流的失稳机理问题，拓展流体力学的认知领域，取得具有国际先进水平的研究成果；突破并掌握微重力环境下的液桥建桥、液面保持和失稳重建等空间实验关键技术，进一步提升我国微重力流体科学的空间实验能力和技术水平。对大Prandtl数液桥热毛细对流问题充分研究，在理论、数值计算、以及实验研究方面开展深入细致的研究和分析，探索热毛细对流如何从定常到规则的振荡、对流模式分岔、及转捩途径和转捩理问题，探讨高径比和体积比对分岔转捩的影响。

空间流体科学实验和多层液体对流振荡机理

我国微重力科学是在“863”计划的推动下起动,从80年代末开始,经过十年来的努力已经有了...在1999年5月10日发射的“实践五号”小卫星上，力学所成功地进行了空间流体科学实验，对多层液体对流振荡机理进行了研究，验证了多层流在微重力环境下的特性

国际空间站微重力实验

Don Pettit是美国NASA的资深宇航员，2002年11月至2003年5月，在国际空间站工作期间，进行了一系列名为Saturday Morning Science的微重力实验，Don Pettit实验揭示了微重力下一些令人惊奇的现象，涉及流体力学、气泡动力学、晶体生长以及运动学的诸多基础问题，是能够获得的国际空间站为数不多的微重力实验资料，具有重要研究意义，实验包括14组流体实验和7组力学实验，而流体实验又大致分为水膜实验和水球实验，包括大尺寸水膜制备、扩散和对流、Marangoni对流、薄膜结晶、水球/气泡旋转等，本文对Don Pettit实验的流体部分进行了介绍，并对其中的Marangoni对流和薄膜结晶实验现象进行了解析。

教科书——《微重力流体力学》

作者: 徐硕昌

出版: 科学出版社 - 1999年出版

分类: O35

尺寸: 26cm

书号: 7-03-006937-4

定价: 精装 RMB30

形态: 约 202 页 - 131 章节

内容摘要:

附录与关键词: 华夏英才基金支持出版

全文目录

前言

第一章 微重力流体科学概论

一、微重力科学与微重力流体科学

1、微重力环境

2、重力的影响

3、微重力流体科学的发展

二、微重力流体力学概述

1、对流

2、扩散及输运现象

3、液滴和气泡动力学

4、多相流过程

5、残余重力效应

6、其他流体力学问题

三、微重力物理化学概述

1、临界现象

2、燃烧

3、分散体悬浮系统

4、晶体生长的物理化学问题

四、微重力流体科学的研究途径

1、微重力研究的一般途径

2、微重力实验手段

参考文献

第二章 基本方程组和流体运动特性

一、引言

二、连续性方程和迁移方程

三、动量方程

1、流体的粘性——Reynolds应力

2、动量守恒定律

3、Navier-Stokes方程

四、能量方程

1、总能量方程

2、动能方程

3、内能方程

4、粘性耗散函数

5、Fourier定律及另外二种形式的能量方程

6、不可压流体的导热方程

五、Newton流体的运动方程组及定解条件

1、基本方程组和适定性

2、定解条件

六、Boussinesq近似及适用范围

七、相似律和无量纲参数

1、利用Buckinghan〓定理导出相似参数

2、微重力流体力学的有关物理量和无量纲参数

参考文献

第三章 毛细现象以及界面的平衡和稳定

一、引言

二、表面张力的物理描述

三、液体射流的表面不稳定

1、基本方程组和基态

2、小扰动的线性化方程

3、本征值方程及其解

四、等温条件下液桥的平衡位型和稳定

1、表面张力作用下的平衡条件

2、毛细稳定性

3、旋转稳定性

第五章 液桥的流体动力学稳定理论

1、基本假设和液桥的平衡条件

2、稳定问题的数学提法

3、液桥的Liapunov稳定理论

4、特殊情形（Ω〓=μ=0）以及纯半波不稳定（n=1，m=1）

5、小扰动方程的变分方程

6、小Weber数和大Reynolds数情形的不稳定发展率

7、液桥微重力实验的结果的分析

8、讨论和结论

参考文献

第四章 对流和扩散

一、Pearson对流

1、自由面不变形时的小扰动分析

2、自由面可变形情形

3、非线性理论

4、多层不混溶液体系统

二、热毛细对流

1、矩形容器中的热毛细对流

2、柱形液桥的热毛细对流

3、半浮区液桥热毛细对流的数值模拟

4、薄层液体的热毛细对流

三、热毛细振荡对流的实验研究

1、液桥内部的温度振荡

2、热毛细对流的表面振荡

3、综合测量

四、热毛细对流的振荡机理

1、热流体波不稳定性

2、表面波不稳定性

3、有限高度液桥的线性不稳定性

4、三维不定常数值模拟

5、重力的影响

6、一种非稳定性理论

7、关于振荡的激发机制

参考文献

第五章 液滴动力学

一、等温液滴动力学

1、球形液滴的振荡

2、不混溶液体中球形液滴的振荡

3、弱非线性理论

4、实验模拟

二、非等温液滴的Marangoni迁移

1、定常线性化理论（小Reynolds数，小Marangoni数）

2、非线性理论

3、实验结果

三、液滴和气泡的相互作用

1、双气泡的轴对称理论

2、多液滴的轴对称理论

四、旋转液滴的演化序列和分叉理论

1、旋转液滴的演化

2、旋转液滴的Thomson-Tait稳定准则

3、长期稳定性和动力稳定性

4、长期稳定性真实性的实验证明

5、结论

参考文献

第六章 微重力材料流体力学

一、晶体生长过程

二、纯扩散过程

1、一维扩散过程

2、二维扩散过程

3、固-液界面弯曲对径向分凝的影响

三、浮区晶体生长

1、浮区的热毛细对流

2、浮区的熔质毛细对流

3、浮区对流的振荡特征（小Prandtl数对流）

4、耦合过程

四、溶液晶体生长

1、溶液晶体生长的相变界面过程

2、一维纯扩散过程

3、准定常溶液晶体生长过程

4、不定常溶液生长过程

五、气相晶体生长

1、气相晶体生长过程

2、一维模型

3、物理气相输运中的对流效应

4、化学气相沉积（CVD）过程

参考文献

分类号相同的书

1. 工程湍流,梁在潮,华中理工大学出版社,7-5609-1920-0,O357.5

2. 流体力学泵与风机,龙天渝,中国建筑工业出版社,7-112-03877-4,O35

3. 流体力学（第二版）,张也影,高等教育出版社,7-04-007272-6,O35

4. 高等渗流力学,孔祥言,中国科学技术大学出版社,7-312-01052-0,O357.3

5. 黏性流体的混合有限分析解法, ,科学出版社,7-03-007555-2,O357

6. 超临界流体技术——原理和应用, ,化学工业出版社,7-5025-2614-5,O351.2

7. 湍动力学,林建忠,浙江大学出版社,7-308-02239-0,O357.5

8. 计算流体力学及其并行算法,王承尧,国防科技大学出版社,7-81024-612-7,O35

9. 流体力学数值模拟,傅德薰,国防工业出版社,7-118-00969-5,O35

微重力流体物理深入开展微重力流体物理基本规律，为进一步探索空间环境中流体的宏观、微观运动，扩散过程及传热、传质的基本规律奠定实验研究的基础。天宫二号任务搭载液桥液毛细对流实验，对空间环境流体的流动和耗散机理的基础研究，对人类认识和掌握空间流体的运动规律有重要意义。

一种利用电磁模拟微重力装置进行浇注的铸造方法。金属液置于相互垂直、交叉的电磁场中，在金属液中激发的电磁容积力作用在金属液上，物理性质类似微重力，能消除金属液的密度偏析，获得均匀的铜-铅、铝-铅、铝-锂等合金液，制成优质铸件和轴承。 2100433B

应用有如下几个方面：

电流体力学电流体泵

通过电场力对流体介质的电荷作用，并驱动液体流动的泵。这种泵的最大优点是没有运动部件，并且制造方便，结构简单。电流体泵在微机电系统，药物输送及微冷却系统研究中得到重视。

电流体力学电流体在微重力领城的应用

当轴向电场力作用在液体圆住上时，它能使液柱稳定性增强，延迟液柱失稳。微重力条件下进行的液桥实脸证明，施加轴向电场能够显著的提高液桥的稳定性，延缓液桥的破碎。

电流体力学静电雾化

静电雾化技术是电流体力学的一个重要分支。电雾化是静电库仑力克服液体表面张力，导致液体破碎成细小雾滴的一个过程。电雾化技术具有很多优越的特性，由于雾化后液滴带电，库仑斥力阻止了液滴的团聚，使其更易穿透周围的气体介质，同时带电液滴的轨迹理论上是由电场决定的，可施加不同的电场来控制液滴的轨迹。而静电雾化最具吸引力的特点是参数调节方便，可产生各种不同尺度（1微米至1厘米）的、单分散的液滴。