Экспериментальное исследование гравитационно-инерционной тепловой конвекции на орбитальной станции "Мир"

• Автор: Бабушкин, Игорь Аркадьевич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 111 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
1. ВВЕДЕНИЕ
2. ГРАВИТАЦИОННО-КОНВЕКТИВНЫЕ И ИЗОТЕРМИЧЕСКИЕ ТЕЧЕНИЯ В УСЛОВИЯХ МИКРОГРАВИТАЦИИ
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ТЕПЛОВОЙ КОНВЕКЦИИ НА ОС «МИР» С ПОМОЩЬЮ ПРИБОРА «ДАКОН»
3.1. Устройство аппаратуры «Дакон» /
3.2. Наземные испытания датчика конвекции
3.3. Общая характеристика экспериментов На борту Орбитальной станции «Мир» с датчиком «Дакон»
3.4. Калибровка датчика на борту ОС «Мир»
3.4.1. Калибровка с помощью ручных качаний конвективной камеры .
3.4.2. Калибровка датчика совместно с аппаратурой «Alice - 2»
Ручные качания
Качания с использованием электромагнитного вибратора
3.4.3. Калибровка датчика на виброзащитной платформе
3.5. Конвективные процессы в датчике «Дакон» в условиях микрогравитационной обстановки ОС «Мир»
3.5.1. Работа датчика при максимальном удалении от центра масс Станции в штатном режиме полета
3.5.2. Работа датчика вблизи центра масс Станции
3.5.3. Реакция датчика «Дакон» на стыковку ОС «Мир» с космическим кораблем «Союз»
3.5.4. Работа датчика на виброзащитной платформе
3.6. Предложения по усовершенствованию прибора «Дакон»

4. НАЗЕМНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КОНВЕКТИВНЫХ ТЕЧЕНИЙ В ПОЛОСТИ ДАТЧИКА «ДАКОН» ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ПЕРИОДИЧЕСКИХ УГЛОВЫХ КАЧАНИЙ
4.1. Экспериментальная установка и методика измерений
4.2. Результаты эксперимента
4.2.1. Вращательные вибрации изотермической полости
4.2.2. Течения при вращательных вибрациях и подогреве сверху
4.2.3. Течения при непоступательных вибрациях и подогреве снизу .
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы
Свободная конвекция, обусловленная силами плавучести, широко распространена в самых разнообразных процессах природы и техники. Это делает важным изучение условий возникновения и пространственно-временной эволюции гравитационно-конвективных течений в различных ситуациях и при воздействии разных осложняющих факторов: переменных инерционных ускорений, вынужденных течений, пористой среды, неоднородности состава, электрического и магнитного полей.
Изучению конвекции, вызываемой объемными силами плавучести в неоднородных по плотности жидкостях и газах, посвящена обширная литература. Многие из вопросов, рассматриваемых в диссертации, примыкают к тематике монографий [1-8], написанных основателями и представителями Пермской гидродинамической школы.
Свободноконвективные течения и тепло-массобмен в земном гравитационном поле в различных полостях, а также в атмосфере и океане обсуждаются в книгах и обзорах [9- 16]. Подробный обзор современного состояния проблемы нелинейного взаимодействия конвективных структур и волновых режимов конвекции содержится в [10]. Вибрационная конвекция и параметрические резонансные эффекты в тепловой гравитационной конвекции описаны в [2 - 4]. Конвекция в невесомости рассматривается, в частности, в монографиях [17-18]. Конвекции в магнитных полях, явлениям переноса и свойствам магнитных жидкостей посвящены книги [19-24]; гидродинамика и конвекция в электрическом поле рассматривается в [25 - 27]. В связи с наличием столь подробной литературы, в диссертации, как правило, будут указываться лишь пионерские работы, а также публикации, не вошедшие в приведенные монографии, либо увидевшие свет после выхода этих монографий из печати.

требует создания чисел Рэлея, сопоставимых с выше названными. При фиксированных размерах датчика и заданной рабочей среде добиться этого можно только путем уменьшения разности температур АТ. Значительный разброс точек на начальном участке графика связан с тем, что поддержание и измерение небольших перепадов АТ неизбежно сопровождается возрастанием экспериментальных ошибок. С приемлемой точностью в лабораторных условиях в длительных опытах удалось обеспечить наименьшие разности температур АТ в несколько десятых долей градуса; при этом было достигнуто минимальное значение критерия Рэлея Кал: 8-102. На калибровочной кривой при числах Яа < 3-103 может быть выделен линейный участок, который аппроксимируется формулой 0= 7.0-Ю'5Яа. Из этого следует, что при использовании воздуха в качестве рабочей среды и при перепаде температур АТ= 50 °С чувствительность датчика к квазистатическим микроускорениям составляет 1.2-10"3 °С на каждые 10'6 go.
Минимальная возможная величина низкочастотных и квазистатических микроускорений, разрешаемых датчиком, определяется шумом измерительных каналов. Порог разрешения датчика по данным наземной градуировки приведен в таблице 1.
Для сопоставления показаний датчика с численными трехмерными расчетами важно иметь достоверную информацию о граничных условиях на стенках конвективной камеры. На рис. 9 показано распределение температуры вдоль капролоновой стенки, полученное на лабораторной модели датчика. Распределение измерялось с помощью пяти термопар, общий «холодный» спай которых размещался в массивном алюминиевом теплообменнике 7 рис. 7, а «горячие» спаи укреплялись с равным шагом вдоль внутренней стороны капролоновой стенки цилиндра (1). Приведенные графики получены при перепадах температур АТ, равных