微重力条件下固液相变过程空穴移动特性研究.pdf

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1、第31卷第1期航天器环境工程vo1．31，No．12014年2月SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING31http：／／www．bisee．ac．cnE—mail：htqhjgc@126．tomTel：(010)68116407，68116408，68116544微重力条件下固液相变过程空穴移动特性研究菅鲁京，霍玉华，苗建印，孙萌(空间热控技术北京市重点实验室，北京100094)摘要：为了解微重力条件下固液相变传热过程中空穴的移动特性，建立了一种基于温度排序算法的空穴模型，研究了空穴在不同初始位置的移动过程。结果

2、表明，不同初始位置的空穴均沿着热流的反方向移动，在相同热边界条件下空穴的最终位置与初始位置无关。关键词：微重力；固液相变；空穴；移动特性；仿真分析中图分类号：TK124文献标志码：A文章编号：1673—1379(2014)01—0031—06D0I：1O．3969J．issn．1673-1379．2014．01．006Voidmigrationcharacteristicsduringsolid—liquidphasechangeprocessundermicrogravityconditionJianLujing，HuoYuhua，Mi

3、aoJianyin，SunMeng(BeijingKeyLaboratoryofSpaceThermalControlTechnology,Beijing100094，China)Abstract：Inordertostudythevoidmigrationcharacteristicsduringthesolid—liquidphasechangeheattransferprocessunderthemicrogravitycondition，thevoidmodelbasedonatemperaturesortingalgorithm

4、isbuiltandthevoidmigrationprocessatdiferentinitialpositionsisstudied．Itisshownthatthevoidatdifferentinitialpositionsmovestotheoppositedirectionoftheheatflow．Thefinalpositionofthevoidisnotrelatedwiththeinitialpositionwhenthethermalboundaryconditionisthesame．Keywords：microg

5、ravity；solid—liquidphasechange；void；migrationcharacteristics；simulationanalysis0引言移动主要受表面张力的作用，同时还与液相相变材料与固体表面的浸润特性、相变装置的宏观运动、固液相变材料(以下简称相变材料)在相变过相变材料是否含有杂质等因素有关。目前尚无完善程中体积会发生变化，导致相变装置内不可避免地产生空穴。空穴的产生使相变装置内相变材料分布的数学模型可以预测空穴的生成、移动及消失过程，研究仅限于简化的计算模型。Sokolov等l2J研不均匀，局部传热热阻和热

6、应力增大，直接影响相变装置的性能和使用寿命。因此，了解空穴移动特究了空间太阳能热动力系统中相变蓄热器的传热性对相变装置的应用有重要意义。过程，指出空穴的存在易导致“热斑”和“热松在地面条件下，受重力作用，空穴通常出现在脱”现象，并建立了一种空穴体积可以随时问进行相变装置的顶部或较晚出现在凝固区域附近。调整的空穴模型一一当相变材料发生熔化／凝固Revankar等l1]研究了地面条件下不同形状容器内时，在相变材料与空穴的界面处计算加入／减去的相变材料凝固时空穴的分布：在球状容器内空穴竖体积并调整空穴的大小。但文中未给出空穴体积调直分布在容器中

7、心线附近，呈结晶状；在长方体容整的详细计算过程。邢玉明等L3j建立了模拟控制体器内，空穴分布在顶部两侧；在环状容器内空穴则单元内空穴形成、生长及消失过程的模型，研究了分布在顶部。而对于应用在空间的相变装置，在微微重力条件下相变蓄热器内空穴的分布规律，结果重力条件下，空穴的分布规律十分复杂，空穴的表明，空穴产生的位置与热边界条件有一定关收稿日期：2013．10—16；修回日期：2014-01—1332航天器环境工程第31卷系，温度分布和空穴分布相互影响。徐伟强等J量；3)热量主要从相变装置厚度方向传递，各栅对蓄热容器内相变材料的凝固过程进行

8、了仿真研格之间温差很小，可近似为绝热边界。简化后相变究，比较了忽略空穴、空穴分布在环形蓄热器周边、装置内部单个栅格的物理模型如图2所示，相变材根据温度分布先调整空穴形状再进行计算3种情料封装在