微重力流體力學

微重力流體物理深入開展微重力流體物理基本規律，為進一步探索空間環境中流體的宏觀、微觀運動，擴散過程及傳熱、傳質的基本規律奠定實驗研究的基礎。天宮二號任務搭載液橋液毛細對流實驗，對空間環境流體的流動和耗散機理的基礎研究，對人類認識和掌握空間流體的運動規律有重要意義。 ^[1] 

液橋熱毛細對流實驗

開展大Prandtl數液橋熱毛細對流穩定性相關問題的研究，發現和認識在空間微重力環境下熱毛細對流的失穩機理問題，拓展流體力學的認知領域，取得具有國際先進水平的研究成果；突破並掌握微重力環境下的液橋建橋、液麪保持和失穩重建等空間實驗關鍵技術，進一步提升我國微重力流體科學的空間實驗能力和技術水平。對大Prandtl數液橋熱毛細對流問題充分研究，在理論、數值計算、以及實驗研究方面開展深入細緻的研究和分析，探索熱毛細對流如何從定常到規則的振盪、對流模式分岔、及轉捩途徑和轉捩理問題，探討高徑比和體積比對分岔轉捩的影響。 ^[1] 

空間流體科學實驗和多層液體對流振盪機理

我國微重力科學是在“863”計劃的推動下起動,從80年代末開始,經過十年來的努力已經有了...在1999年5月10日發射的“實踐五號”小衞星上，力學所成功地進行了空間流體科學實驗，對多層液體對流振盪機理進行了研究，驗證了多層流在微重力環境下的特性 ^[2] 

國際空間站微重力實驗

Don Pettit是美國NASA的資深宇航員，2002年11月至2003年5月，在國際空間站工作期間，進行了一系列名為Saturday Morning Science的微重力實驗，Don Pettit實驗揭示了微重力下一些令人驚奇的現象，涉及流體力學、氣泡動力學、晶體生長以及運動學的諸多基礎問題，是能夠獲得的國際空間站為數不多的微重力實驗資料，具有重要研究意義，實驗包括14組流體實驗和7組力學實驗，而流體實驗又大致分為水膜實驗和水球實驗，包括大尺寸水膜製備、擴散和對流、Marangoni對流、薄膜結晶、水球/氣泡旋轉等，本文對Don Pettit實驗的流體部分進行了介紹，並對其中的Marangoni對流和薄膜結晶實驗現象進行了解析。

作者: 徐碩昌

出版: 科學出版社 - 1999年出版

分類: O35

尺寸: 26cm

書號: 7-03-006937-4

定價: 精裝 RMB30

形態: 約 202 頁 - 131 章節

內容摘要:

附錄與關鍵詞: 華夏英才基金支持出版

前言

第一章 微重力流體科學概論

一、微重力科學與微重力流體科學

1、微重力環境

2、重力的影響

3、微重力流體科學的發展

二、微重力流體力學概述

1、對流

2、擴散及輸運現象

3、液滴和氣泡動力學

4、多相流過程

5、殘餘重力效應

6、其他流體力學問題

三、微重力物理化學概述

1、臨界現象

2、燃燒

3、分散體懸浮系統

4、晶體生長的物理化學問題

四、微重力流體科學的研究途徑

1、微重力研究的一般途徑

2、微重力實驗手段

參考文獻

第二章 基本方程組和流體運動特性

一、引言

二、連續性方程和遷移方程

三、動量方程

1、流體的粘性——Reynolds應力

2、動量守恆定律

3、Navier-Stokes方程

四、能量方程

1、總能量方程

2、動能方程

3、內能方程

4、粘性耗散函數

5、Fourier定律及另外二種形式的能量方程

6、不可壓流體的導熱方程

五、Newton流體的運動方程組及定解條件

1、基本方程組和適定性

2、定解條件

六、Boussinesq近似及適用範圍

七、相似律和無量綱參數

1、利用Buckinghan〓定理導出相似參數

2、微重力流體力學的有關物理量和無量綱參數

參考文獻

第三章 毛細現象以及界面的平衡和穩定

一、引言

二、表面張力的物理描述

三、液體射流的表面不穩定

1、基本方程組和基態

2、小擾動的線性化方程

3、本徵值方程及其解

四、等温條件下液橋的平衡位型和穩定

1、表面張力作用下的平衡條件

2、毛細穩定性

3、旋轉穩定性

第五章 液橋的流體動力學穩定理論

1、基本假設和液橋的平衡條件

2、穩定問題的數學提法

3、液橋的Liapunov穩定理論

4、特殊情形（Ω〓=μ=0）以及純半波不穩定（n=1，m=1）

5、小擾動方程的變分方程

6、小Weber數和大Reynolds數情形的不穩定發展率

7、液橋微重力實驗的結果的分析

8、討論和結論

參考文獻

第四章 對流和擴散

一、Pearson對流

1、自由面不變形時的小擾動分析

2、自由面可變形情形

3、非線性理論

4、多層不混溶液體系統

二、熱毛細對流

1、矩形容器中的熱毛細對流

2、柱形液橋的熱毛細對流

3、半浮區液橋熱毛細對流的數值模擬

4、薄層液體的熱毛細對流

三、熱毛細振盪對流的實驗研究

1、液橋內部的温度振盪

2、熱毛細對流的表面振盪

3、綜合測量

四、熱毛細對流的振盪機理

1、熱流體波不穩定性

2、表面波不穩定性

3、有限高度液橋的線性不穩定性

4、三維不定常數值模擬

5、重力的影響

6、一種非穩定性理論

7、關於振盪的激發機制

參考文獻

第五章 液滴動力學

一、等温液滴動力學

1、球形液滴的振盪

2、不混溶液體中球形液滴的振盪

3、弱非線性理論

4、實驗模擬

二、非等温液滴的Marangoni遷移

1、定常線性化理論（小Reynolds數，小Marangoni數）

2、非線性理論

3、實驗結果

三、液滴和氣泡的相互作用

1、雙氣泡的軸對稱理論

2、多液滴的軸對稱理論

四、旋轉液滴的演化序列和分叉理論

1、旋轉液滴的演化

2、旋轉液滴的Thomson-Tait穩定準則

3、長期穩定性和動力穩定性

4、長期穩定性真實性的實驗證明

5、結論

參考文獻

第六章 微重力材料流體力學

一、晶體生長過程

二、純擴散過程

1、一維擴散過程

2、二維擴散過程

3、固-液界面彎曲對徑向分凝的影響

三、浮區晶體生長

1、浮區的熱毛細對流

2、浮區的熔質毛細對流

3、浮區對流的振盪特徵（小Prandtl數對流）

4、耦合過程

四、溶液晶體生長

1、溶液晶體生長的相變界面過程

2、一維純擴散過程

3、準定常溶液晶體生長過程

4、不定常溶液生長過程

五、氣相晶體生長

1、氣相晶體生長過程

2、一維模型

3、物理氣相輸運中的對流效應

4、化學氣相沉積（CVD）過程

參考文獻