微重力条件下水滴撞击高温壁面数值模拟研究

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1、第20卷第6期载人航天V01．20No．62014年11月MannedSpaceflightNov．2014微重力条件下水滴撞击高温壁面数值模拟研究韩雪，秦俊，冯明辉，费芹(中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室，合肥230000)摘要：火灾研究一直是航天器工程不可忽略的重要命题。细水雾被看作是载人航天器中有效的替代灭火剂，因此研究微重力条件下细水雾的特性是很有必要的。采用VOF方法对微重力条件下水滴碰撞高温壁面后的动力学进行了研究；分析了液滴碰撞高温壁面后运动形态和温度场的变化情况，水滴对高温壁面的冷却具有很好的效果。研究了水滴初始直径和速度对水滴铺展的影响，在一定范围内减

2、小水滴粒径，冷却壁面的效果会增强；水滴速度大小不同时．水滴冷却壁面的方式不同。微重力条件下水滴有很好的冷却作用，为载人航天器中细水雾的使用提供了参考。关键词：微重力；水滴撞击；铺展；高中图分类号：v4文献标识码：A温壁面文章编号：1674．5825(2014)06-0538-05ANumericalStudyonDynamicsofDropImpactonSolidHotSurfaceinMicrogravityHANXue，QINJun，FENGMinghui，FEIQin(StateKeyLaboratoryofFireScience，UniversityofScienc

3、eandTechnologyofChina，Hefei230000，China)Abstract：Withthedevelopmentofmannedspacetechnology，itismoreimportanttoinvestigatefiresafetyinthespacecraft．Watermistisregardedasapromisingfire-extinguishingagentinspacecraft，SOitisnecessarytoinvestigatethecharacteristicsofwatermistinmicrogravity．AVOFm

4、odelwasa-doptedtoinvestigatethedynamicsofdropimpactonahotsolidsurfaceinmicrogravity．Thedropdeformationprocessandthetemperaturedistributionwerestudiedafterthedropcollisionwithahotsolidsurfaceinmicrogravity．Thewaterdropletcouldcoolthehotsurfaceeffectively．Theeffectofdropletinitialdiameterandi

5、mpactvelocityonthedropdeformationprocesswasalsoinvestigatedinmicrogravity．Withincertainlimits，thedropletwithreduceddiametercouldenhancethehotsurfacecooling．Thewaysofsurfacecoolingvariedwiththedropletinitialvelocity．Inmicrogravity，thewa—termisthasagoodeffectonthesurfacecooling，whichprovidesv

6、aluableinformationfortheuseofwatermistinspacecraft．Keywords：microgravity；dropletimpact；spread；hotsolidsurface1引言目前，载人航天技术快速发展，研究载人航天器的火灾安全尤为重要。载人航天器处于微重力条件，航天器舱内空问密闭且狭小，舱内的各种机电设备层叠密布，通畅性较差，可利用的灭火资源极为有限，现有的灭火技术在载人航天器内存在很大缺陷。当前，航天器中使用的灭火介质是二氧化碳和Halon1301灭火剂¨J。然而，二氧化碳浓度较高时对人有窒息的作用，对航天器内宇航员生命存在

7、威胁；Halonl301灭火剂破坏臭氧层，蒙特利尔条约规定在2010年全球范围禁用卤代烷灭火剂，并且在灭火后可能产生有毒物质，危害宇航员身体健康悼J。细水雾以无毒、无腐蚀、高效等特点成为理想的灭火剂替代介质。近年来，Abbud．Madrid等对微重力条件下细收稿日期：2014-08-01；修回日期：2014-11_04基金项目：国家科学自然基金(51276176)作者简介：韩雪(1989一)，女，硕士研究生，研究方向为微重条件下细水雾灭火。E．mail：xuehan@mail．ustc．edu．cn第6