典型弱浮力环境下导线绝缘层的着火先期特性

根据实践十号（SJ-10）科学卫星导线特性箱有效载荷的地面低压模拟实验,通过搭建低压微重力模拟实验台,研究了典型低压弱浮力（3kPa）环境下不同绝缘层种类、厚度和过载电流对导线绝缘层着火先期特性的影响.实验获得了导线绝缘层着火先期的温升特性和烟气析出特性,并根据对比常压（1atm）下绝缘层着火先期特性的结果,初步预测了微重力条件下卫星在轨飞行绝缘层的着火先期特性,低压实验结果为SJ-10卫星空间实验工况优选提供了重要依据.      

微重力燃烧研究进展

微重力燃烧是一门非常新的学科,它研究在微重力环境下的基本燃烧过程。本文概括最近几年刚发展起来的以下几方面的进展:微重力燃烧研究所用的设备;固体材料的着火性;预混气燃烧;液滴燃烧;颗粒群燃烧;空间飞行器着火安全性。最后对我国开展微重力燃烧研究提出建议。     

微重力煤粉燃烧实验装置的研制

介绍了一种空间煤粉燃烧实验装置, 用于研究微重力条件下煤粉颗粒群的热解、气化、着火、挥发的析出与焦碳燃烧及其燃尽等燃烧特性. 采用间断式喷入方式, 当炉膛内温度达到设定值时, 将煤粉通过一定氧气比例的空气喷入, 观察并记录煤粉在炉膛中的燃烧过程. 燃烧完成之后, 测量燃烧产物中的气体成分和含量. 给出了利用该装置在地面进行煤粉燃烧实验的结果. 详细介绍了该实验装置的系统构成、工作原理、工作过程, 并提出了进一步改进的方案.      

微重力环境下植物培养箱设计

基于空间微重力下植物的生物学效应及其微重力信号转导研究需要,在微重力条件下培养拟南芥,获得经微重力条件生长的拟南芥样品.在空间实验过程中实时采集、存储和传输植物样品的数字图像,并根据生物样品的生长周期对生物样品进行低温固定和储存,再由返回式卫星带回地面,开展微重力植物生物学效应研究.      

空间站燃烧科学实验系统设计

建立空间站燃烧实验系统，可满足未来空间微重力燃烧实验系统需求.通过空间站微重力燃烧实验研究，可拓展空间燃烧学研究.根据所要实现的功能及燃烧实验需求，对中国空间站燃烧柜的燃烧科学实验系统进行了设计和分析.燃烧科学实验系统由8个子系统组成，是一个适合开展气、液、固多种燃料燃烧实验的综合性实验系统.考虑到强度设计要求，在完成方案设计后，对系统进行了有限元分析，并在研制的结构件上进行了力学环境实验.实验与分析结果表明，本文设计的实验系统能够满足环模实验的要求，结构合理可行.      

卫星搭载导线着火前期特性实验研究

导线绝缘层的过热及由此发生的着火和燃烧是载人航天飞行器中引起火灾的主要原因.研究微重力下导线绝缘层的可燃性对于预防飞船中火灾的发生有重要意义.本文描述了SJ-8卫星搭载实验项目导线着火前期特性硬件研制以及实验情况.实验中获得了导线着火前期的温度和辐射特性.在搭载实验中,研究了导线过载电流和导线捆绑方式对导线绝缘层着火前期特性的影响.同时将微重力下的实验结果与地面功能模拟的实验结果进行了对比.实验结果表明,微重力环境下自然对流基本消失,导线和电子电气元件的散热情况恶化,在过载的情况下,就可能过热,从而导致失火.搭载实验中导线先期着火征兆的获得,将为开发我国微重力下的着火监测和早期报警装置提供新的技术途径,为我国载人航天飞行器内安全防火的工程技术工作提供科学依据和基础数据资料.      

空间科学实验通用地面检测系统研制

分析了地面检测设备在空间有效载荷研制过程中的作用,提出一种用于对多种空间微重力科学实验设备（载荷）进行地面测试的通用地面检测设备设计方法.通过载荷特性分析,对载荷中的控制对象进行分类.针对不同控制对象使用不同的操作进行控制.将载荷实验过程分解为一系列固定时刻执行的操作,通过配置静态配置表、动作配置表和动态配置表,实现对载荷实验过程的控制.地面检测设备由计算机、电源和RS422通信接口构成.针对不同载荷,使用规格一致的电缆和通信接口,保证地面监测设备的通用性.地面检测设备配合多功能炉、骨髓培养箱、辐射基因箱、煤燃烧箱、蒸发对流箱、导线特性箱及胶体材料箱7台载荷开展研制工作,在各载荷试验参数确定、空间试验流程确定、设备性能测试、环境模拟实验、电磁兼容实验、地面匹配实验以及载荷设备验收等过程中发挥了重要作用.      

地面模拟静止微重力环境中导线先期着火特性研究

针对在微重力环境中运行的载人航天飞行器上的电缆和导线在工作时由于电流过载导致温度升高而引起着火的情况,提出了"功能模拟"实验原理,并且利用地面实验设备对微重力环境下导线的着火前期特性进行了功能模拟实验研究.通过实验,得到了在微重力情况下由于浮升力的减小使自然对流减弱导致电流过载时导线的热平衡温度高于地面正常重力情况,从而证明了这正是引起航天飞行器着火的潜在点火源.      

碲化铋基热电半导体晶体空间生长

碲化铋基热电半导体是中低温区高性能热电材料,在热电致冷、电子器件精确控温领域获得了重要应用,且在更多领域具有广泛应用前景.碲化铋基材料通常采用区熔法制备,材料的性能优值ZT约为0.8.应用要求进一步提高其ZT值.合金化和掺杂优化是提高碲化铋基材料性能的有效途径,但会使得材料的化学成分越来越复杂.重力条件下区熔的固有问题是,重力导致的浮力对流和壁附效应凸显,使区熔碲化铋基材料成分和性能波动较大.空间微重力可以消除重力导致的浮力对流和壁附效应,有望提高碲化铋基材料的成分均匀性和热电性能.本文根据碲化铋基材料空间微重力下区熔生长研究状况,对实践十号科学实验卫星和天宫二号空间实验室将开展的碲化铋基材料空间微重力区熔生长研究进行了分析.      

第五届中-日微重力科学研讨会召开

由中国空间科学学会微重力科学与应用研究专业委员会和日本微重力科学与应用学会联合主办的第五届中日微重力科学讨论会于2002年9月3至6日在甘肃省敦煌市举行.中方和日方各有40余名代表参加了会议.会上双方各有3篇邀请报告,两个分会场的报告共64篇（双方各32篇）.其中微重力流体物理和燃烧研究方面的报告24篇,微重力材料科学和热物理性质研究方面报告23篇,生命科学和生物技术研究报告10篇,实验技术和设备研究报告6篇,微重力科学培训和技术方面1篇.除了报告近年来中日双方在微重力科学领域取得的新研究结果之外,中方报告了今年3月末4月初在“神舟3号”飞船上所进行的微重力科学实验的一些初步结果.日方报告了准备2005年升空的国际空间站日本     

煤粉燃烧过程的数值模拟

采用计算流体动力学软件对煤粉实际燃烧过程进行数值计算并结合其热态试验数据进行对比分析,已成为验证数学模型和指导工程实践的一种重要研究手段.应用商业软件FLUENT对煤粉燃烧及流场进行了数值模拟分析,采用混合分数/概率密度函数法模拟湍流燃烧,用P-1辐射模型开展辐射传热模拟,利用拉格朗日/欧拉法处理气固两相间的动量、质量和能量交换,对挥发份的析出采用双速率竞争模型,采用动力/扩散反应速率模型模拟煤粉颗粒的表面燃烧.并对模拟结果进行分析与对比,计算结果与实际燃烧过程有较好的一致性.数值模拟计算结果揭示了挥发分释放与焦炭燃烧的过程,为改善和优化煤粉的燃烧提供了重要的参考依据.     

燃烧室头部进气规律对煤粉燃烧效率的影响

用实验方法研究了火焰筒式煤粉燃烧室头部进气规律对燃烧效率的影响。通过对6种结构的头部配气方案的分析比较,得出了煤粉燃烧室合理的头部配气方案,为今后煤粉燃烧室的设计和工作状态的选择提供了重要的实验依据。     

超临界压力RP-3在竖直细圆管内混合对流研究

研究了超临界压力下碳氢燃料航空煤油RP-3在竖直细圆管内混合对流,分析了浮升力及热物性对碳氢燃料在垂直管中对流换热的影响。实验中控制热流密度从200~500 kW/m2变化,进口压力变化范围为3~5 MPa,进口雷诺数从5 000~10 500范围内变化。研究表明:在向上流动情况中进口段存在较为明显的入口效应,换热出现恶化现象,而在向下流动中未出现;对于向上和向下流动,由于热物性的综合影响,换热系数沿流动方向增大;在较低进口雷诺数(Re=5 700)时,对于向下流动,随着浮升力影响的增大,浮升力改变了流体径向速度分布,出现了换热强化;在较高进口雷诺数(Re=10 500)时,浮升力对换热的影响依然显著;判别式Bo*数小于5.6×10-7未能预测浮升力对碳氢燃料换热影响。      

Science Researches of Chinese Manned Space Flight

With the complete success of the 2nd stage of Chinese Manned Space Program (CMSP), several science researches have been performed on Tiangong-1 experimental spacelab, which was docked with three Shenzhou spaceships one after another. The China's real spacelab, Tiangong-2 will be launched in 2015, docked with a Shenzhou spaceship soon. After six months, it will be docked with the first Chinese cargo ship (Tianzhou-1). More space science researches, involving with space biology, fluid physics, fundamental physics, materials science, Earth science, astronomy and space environmental science, will be operated on Tiangong-2 spacelab, and crewed and cargo spaceships. Furthermore, the considerable large-scale space utilization of Shina's Space Station is planned. The research fields include yet not limited to space medicine and physiology, space life science and biotechnology, fluid physics and combustion in microgravity, space material science, and fundamental physics in microgravity, space astronomy, Earth science, space physics and space environment utilization, technology demonstration.      

未来航空燃料原料可持续性研究

运用全生命周期评价方法,评价未来航空燃料原料可持续性。以传统石油基航空燃料为基准,分析未来8种航空燃料原料（煤、天然气、能源藻、麻疯树、大豆、棕榈、油菜籽及亚麻荠）的可持续性。评价路径包括原料阶段、燃料阶段和应用阶段。原料阶段考虑基础设施消耗,燃料阶段考虑因电能消耗嵌套引起的碳排放。评价指标不仅包括能量、化石能源、水资源消耗和温室气体（GHG）排放,而且包括了环境污染雾霾中的主要成分PM10和PM2.5排放。本文为选择航空替代燃料原料来源提供理论和技术基础。结果表明,在原料阶段,生物基温室气体排放相比石油基均降低,其中大豆油碳减排最明显,麻疯树基航空燃料PM10和PM2.5排放量大,因在种植过程中加入大量化肥。在燃料阶段,煤基费托过程能量消耗大,碳排放高。通过全生命周期分析,煤基费托温室气体排放高,大豆温室气体排放较低,其次是能源藻。在不与人争粮,不与粮争地的前提下、不占用耕地的能源藻具有可持续大规模制备航空替代燃料的应用前景。      

深海采矿扬矿管的浮力提升方案分析

随着现代工业的消耗，有限的陆地资源已经难以支撑未来人类社会的可持续发展，因而对海洋资源的开发越来越受到重视。扬矿管作为深海采矿系统中的关键部件，连接了海面矿船和海底矿车。为避免长而柔的扬矿管道在深海作业时发生触地或打结等现象，影响作业效率，通常在管道上布置浮力块进行提升。考虑浮力提升装置布局的几个设计参数，包含总提升浮力、水平拉力、浮力段段数以及浮力段分布长度，通过有限元计算评价扬矿管的静态构型，探究几个参数对结构构型一般性的影响规律，从而提出合理的浮力分布方案。      

Two-dimensional convection in liquid layer related to crystal growth techniques in space

In this paper, the Marangoni convection including buoyancy convection in two-dimensional fluid model was investigated experimentally and theoretically. The transparent liquid in the test cell was heated and cooled under various conditions. The fluid flow driven by surface tension and by buoyancy force was visualized and measured. The flow patterns, velocity distributions and temperature field were obtained and they were compared with the results of the numerical solutions. The effect of the configuration and the convection in microgravity on crystal growth was discussed. The temperature field of the crystallizing surface was predicted.     

浮力效应对射流扩散火焰转捩特性影响的实验研究

对不同空气伴流速度下丙烷层流射流火焰向湍流火焰的转捩过程进行实验观测，分析伴流对火焰转捩行为及稳定性的影响.相对于静止环境中的射流火焰，较大速度的伴流可以减小浮力效应对射流扩散火焰转捩过程的影响，使火焰发生转捩的临界Reynolds数（Re_cr）增大，即火焰推迟转捩.但当伴流速度较小时，Re_cr保持不变，转捩过程中的射流火焰发生周期性振荡，振荡幅度随着伴流速度的增大而减小，继续增大伴流速度，火焰振荡的周期性最终消失，转而呈现随机性.实验还发现，喷嘴直径较大的扩散火焰的Re_cr更大.考虑到火焰对燃料射流局部流动状态的影响，对此现象进行了解释.