Численное моделирование пространственных конвективных процессов в условиях космического полета

• Автор: Яремчук, Василий Павлович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 163 с. : ил.

Глава 1. Общая постановка задачи о конвективных процессах в условиях космического полета
1.1. Терминология
1.2. Источники остаточных микроускорений
1.3. Обсуждение различий в микрогравитационной обстановке при
различной динамике полета КА
1.4. Обзор параметров, определяющих условия проведения космического
эксперимента
1.5. Модельные уравнения
1.6. Безразмерный вид уравнений и определяющие параметры
1.7. Оценка значений определяющих параметров для различных КА
1.8. Замечания о применимости приближения Буссинеска для данного
класса задач
Глава 2. Решение ряда двумерных задач в земных и космических условиях
2.1. Особенности решения двумерных задач
2.2. Концепция компьютерной лаборатории
2.3. Время начала влияния конвекции на теплопередачу в задаче
подогрева снизу
2.4. Термокапиллярная конвекция в задаче подогрева сбоку при
пониженном уровне гравитации
2.5. Взаимодействие термокапиллярной конвекция и гравитационной
конвекции в условиях космического полета для расплава полупроводника
2.6. Максимум концентрационного расслоения при конвекции
Марангони
2.7. Обсуждение методов управляющих воздействий в условиях
микрогравитации на КА
2.8. Моделирование влияния ориентации кюветы с неравномерно нагретой жидкостью/газом относительно вектора остаточных ускорений на величину и характер возникающих в ней течений
2.9. Расчет датчика конвекции, основанного на измерении скорости движения среды
2.9.1. Постановка задачи, физические свойства модельных жидкостей
2.9.2. Выбор наиболее подходящей модельной среды
2.9.3. Расчет скорости движения жидкости и поперечного температурного расслоения при различных амплитудах остаточных ускорений
2.9.4. Оценка времени реакции системы на изменение остаточных ускорений
2.9.5. Влияние удлинения области
2.9.6. Выводы
2.10. Заключительные замечания по решению двумерных задач в земных и космических условиях
Глава 3. Методика трехмерных расчетов в цилиндрической области.
Тестовые расчеты: сравнение результатов с другими авторами
3.1. Методика расчетов
3.2. Тестирование расчетного кода в задаче подогрева сбоку
3.3. Тестирование расчетного кода в задаче донного подогрева
Глава 4. Моделирование конвекции в датчике ДАКОН и ДАКОН-М:
анализ и интерпретация экспериментальных данных
4.1. Описание и технические характеристики прибора ДАКОН
4.2. Описание и технические характеристики прибора ДАКОН-М
4.3. Идеализированная модель датчика конвекции
4.4. Калибровка датчиков ДАКОН и ДАКОН-М при подогреве сбоку: результаты численного моделирования
4.5. Анализ эксперимента по поиску критического числа Яа в задаче подогрева снизу для прибора ДАКОН-М
4.6. Расчет отклика датчика при микроускорениях от 1 до 10 pg во время маневров станции «Мир»
4.7. Расчет отклика датчика при микроускорениях менее 1 pg во время стабилизированного полета станции «Мир»
4.8. Расчет отклика датчика ДАКОН при его установке на Российский сегмент МКС
4.9. Расчет отклика датчика ДАКОН-М при его установке на Российский сегмент МКС для двух различных рабочих давлений
4.10. Моделирование планируемых экспериментов с датчиком конвекции ДАКОН-М на основе двухмерных уравнений Навье - Стокса
4.11. Выбор рабочей среды для датчика конвекции
4.12. Численное подтверждение способов увеличения чувствительности датчика конвекции
4.13. Основные результаты и выводы
Глава 5. Моделирование концентрационного расслоения примеси в
расплаве полупроводника под воздействием мнкроускорений
5.1. Свойства расплава, граничные условия и начальные условия
5.2. Массовые силы
5.3. Эволюция течения и концентрационной неоднородности
5.4. Пространственная картина распределения примеси
5.5. Исследование влияния вибраций
5.6. Обсуждение предельных требований по остаточным ускорениям для
данного типа реальных космических экспериментов
5.7. Основные результаты и выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Приложение 1: Компьютерная лаборатория. Построение общих и
специализированных практикумов
Приложение 2: Методика решения уравнений Навье — Стокса

100 fig, а в силиконовом масле только до 1 |ig. Поэтому для проведения эксперимента по предсказанию интенсивности движения в расплаве полупроводника по интенсивности движения в силиконовом масле необходимо определить функцию, аргументом в которой будет скорость в ПМС-1, а выходным значением скорость движения в расплаве.
В пределах от 0.1 до 10 pg соотношение между скоростью в силиконовом масле и скоростью в расплаве можно аппроксимировать параболой у=629 х2+0,817 х+9,12-10'6, но при больших микроускорениях необходима более сложная зависимость.
2.9.4. Оценка времени реакции системы на изменение остаточных ускорений
Важным параметром является не только амплитуда отклика на внешнее воздействие, но и характерное время реакции на это воздействие. Очевидно, что время реакции поля скорости на изменение массовой силы будет порядка квадрата характерного размера, деленного на вязкость, а время выравнивания температуры - порядка характерного размера, деленного на температуропроводность. В таблице 2.4 приведены эти характерные времена для силиконового масла и расплава полупроводника. Видно, что эти времена велики, следовательно, с помощью измерения скорости движений жидкости можно будет фиксировать только низкочастотные ускорения («0.01 Гц). Следует отметить различие в характерных временах этих веществ, что неизбежно приведет к различию динамики реакции на одинаковые нестационарные микроускорения, возникающие в условиях космического полета. На рис. 2.12 показана реакция скорости на воздействия микроускорения КА «Фотон-И» (рис. 2.11), видно, что скорость с небольшим запаздыванием реагирует на изменение микроускорения. Для силиконового масла такое запаздывание несколько меньше, чем для расплава полупроводника, но составляет, тем не менее, около минуты. Скорости движения в силиконовом масле под действием реальных микроускорений составляют чуть менее 10‘3 см/с.