微重力環(huán)境下低溫推進(jìn)劑貯箱內(nèi)氣泡運(yùn)動及融合特性研究

低溫貯箱在空間在軌運(yùn)行中會受到其他擾動,如變軌、燃料補(bǔ)給等,“氣枕”原有構(gòu)型存在破壞的可能,發(fā)生破裂與重組,形成分散于液相區(qū)的小氣泡,彌散于整個貯箱內(nèi)。對于可能出現(xiàn)在貯箱內(nèi)任何位置的不同尺寸氣泡,其受到微弱的殘余重力所產(chǎn)生的浮力、液體的黏滯力及表面張力等多個力場的復(fù)雜耦合作用,使得微重力下氣泡的分布與運(yùn)動特性研究變得較為困難,并且直接關(guān)系到微重力下低溫貯箱內(nèi)“氣枕”集中

處理假定的理論合理性乃至對外排氣降壓過程的高效性

,成為影響到貯箱內(nèi)壓力動態(tài)變化模型構(gòu)建的關(guān)鍵難點(diǎn)。

國內(nèi)外對于氣泡運(yùn)動及融合特性開展了大量數(shù)值仿真研究。Pu等

運(yùn)用Level Set法模擬了常重力和微重力下兩氣泡的融合過程,結(jié)果表明兩種工況下氣泡周圍速度場類似但常重力下氣泡尾部的漩渦更強(qiáng),氣泡形變大且融合時間短。Alhendal等

利用VOF法研究微重力下氣泡在非均勻熱場情況下由氣泡表面張力所引起的馬拉戈尼運(yùn)動,研究空間環(huán)境下不同半徑的氣泡在不同熱場下的上升運(yùn)動規(guī)律,探討不同的準(zhǔn)則數(shù)對氣泡運(yùn)動的影響規(guī)律,驗證了VOF法在微重力下追蹤氣液兩相界面的可行性。Wang等

利用VOF方法開展了微重力液氧貯箱內(nèi)液上氣下時兩相分布隨時間的變化,結(jié)果表明在微重力條件下,無論箱內(nèi)氣液界面的初始分布狀態(tài)如何,貯箱內(nèi)氣液兩相流體均會最終形成氣相被液體包裹并穩(wěn)定在箱頂?shù)男螒B(tài)。Lv等

將Level Set與VOF法耦合,模擬了3種尺寸貯箱內(nèi)相同大小氣泡的運(yùn)動,結(jié)果表明初始時均在貯箱中部的氣泡經(jīng)過1 ks運(yùn)動后,氣泡的位置高度隨貯箱尺寸的增大而升高。國外還有眾多學(xué)者

研究了氣泡排列方式,雷諾數(shù)

、莫頓數(shù)

等氣泡特性參數(shù),氣泡的阻力、升力等因素的變化對氣泡上升過程變形、吸引或排斥等運(yùn)動影響規(guī)律。李彥鵬等

采用Level Set法模擬了數(shù)值管道內(nèi)兩相鄰氣泡的上升,結(jié)果表明并排上升氣泡不會聚并,而垂直上升氣泡發(fā)生聚并現(xiàn)象。王太等

將PLIC算法與氣液兩相流控制方程結(jié)合,模擬了同軸兩氣泡的融合過程,得出了表面張力對氣泡融合的影響規(guī)律。張淑君等

研究了等徑氣泡在聚并過程中的形態(tài)變化,發(fā)現(xiàn)氣泡先形成紡錘體再逐漸收縮成球形。龐明軍等

研究發(fā)現(xiàn)氣泡分布與微重力量值有直接關(guān)系。王煥然等

研究發(fā)現(xiàn)上升氣泡的形狀與氣泡特性參數(shù)密切相關(guān)。此外,國內(nèi)也有部分學(xué)者研究不同尺寸水平

、初始形狀

、氣泡黏性

對氣泡運(yùn)動的影響以及氣泡流體力學(xué)行為

。

目前,對于連續(xù)界面的追蹤定位的仿真研究主要基于Level Set和VOF法。Level Set法需要在所有計算區(qū)域內(nèi)定義一個光滑的連續(xù)相函數(shù)

,且

的初值必須為距離函數(shù),因而限定其應(yīng)用范圍。VOF法用流體體積函數(shù)

來表示相函數(shù),可表示具有復(fù)雜相界面的結(jié)構(gòu)及其變化,自身攜帶表面張力模型,運(yùn)算收斂性及精確度能滿足很高的工程要求,并且可以處理自由面折疊、自由面入水等非線性問題,計算過程相對簡單,無硬性的計算機(jī)存儲空間要求。在表面張力起主導(dǎo)作用的微重力情況下,VOF法耦合連續(xù)表面張力模型是更佳選擇。

政府支持和外部企業(yè)的投資使察布查爾縣孫扎齊鄉(xiāng)的旅游業(yè)進(jìn)入了快速發(fā)展期。2016年，察布查爾縣旅游總收入約1.6億元，其中孫扎齊鄉(xiāng)占比約60%，成為察布查爾縣旅游收入的主要力量。孫扎齊鄉(xiāng)自身經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也得到了很大的推動，經(jīng)濟(jì)收入的構(gòu)成發(fā)生了變化，除傳統(tǒng)農(nóng)牧業(yè)收入外，還有部分農(nóng)家樂及手工藝品商店的經(jīng)濟(jì)收入、小型旅游經(jīng)營實(shí)體的經(jīng)濟(jì)收入，部分貧困人口也隨著旅游業(yè)的發(fā)展脫貧致富。

關(guān)于氣泡的動力學(xué)特性研究,國內(nèi)外均有學(xué)者對其進(jìn)行研究探討,然而針對微重力下貯箱內(nèi)的氣泡動力學(xué)及融合特性,還鮮有可供參考的數(shù)據(jù)資料。本文利用數(shù)值方法對氣泡的運(yùn)動分布及融合動態(tài)特性進(jìn)行深入的理論分析與研究,主要解決氣泡在低溫貯箱中運(yùn)動軌跡和滯留特性,探明“氣枕”集中假設(shè)模型的可行性。

可以說，這六年，我更加關(guān)注教材，關(guān)注課堂，關(guān)注語文課程改革，具體地說是從“小學(xué)”的視角關(guān)注語文，由此我發(fā)現(xiàn)了小學(xué)語文的魅力，那就是：小學(xué)，是生命奠基的重要階段和關(guān)鍵時期；小學(xué)語文，因在兒童言語生命成長的敏感期而責(zé)任重大且“稚慧”無限。

1 物理數(shù)學(xué)模型

1.1 物理模型

氣泡的上升與融合過程中需要引入相應(yīng)的準(zhǔn)則數(shù),即厄特沃什數(shù)

和莫頓數(shù)

,兩者均為流體力學(xué)的無量綱數(shù),用來描述氣泡在流體或是連續(xù)相中移動時的外形及行為特性。其定義式如下

1.2 數(shù)學(xué)模型

在軌航天器實(shí)際飛行過程中,貯箱中心流體處于一般處于過冷狀態(tài),但由于氣泡上升的時間非常短(僅為數(shù)分鐘至數(shù)十分鐘),該時間段內(nèi)進(jìn)入氣泡的冷量較少,氣泡凝縮現(xiàn)象相對不明顯。因此,本文參考文獻(xiàn)[7],將箱內(nèi)氣液狀態(tài)設(shè)置為飽和狀態(tài),忽略氣泡運(yùn)動過程中氣液相間的傳熱傳質(zhì)。

圖6所示為本文所選氣泡到達(dá)指定距離時的上升平均速度以及上升500 mm所需時間隨

的變化關(guān)系。

與氣泡的半徑有關(guān),氣泡半徑越大,相應(yīng)的

越大。由于氣泡

在很小的范圍內(nèi)變化,即在上升過程中表面張力占據(jù)主導(dǎo)因素,氣泡均未發(fā)生明顯變形。隨著

的增大,氣泡的上升速度呈現(xiàn)近似線性的上升,即驗證了在低

=1.32×10

流體中,氣泡上升速度隨尺寸的增加而變快。上升時間在氣泡半徑為100 mm(

=0.35)前后變化明顯,當(dāng)其小于100 mm時,上升時間增長速率隨氣泡半徑的減小變化快,而當(dāng)其大于100 mm時,上升時間增長速度隨氣泡半徑的減小變化慢。

計算區(qū)域內(nèi)質(zhì)量守恒方程表達(dá)式如下

(1)

式中:

表示求解體積相的速度矢量。

本文采用標(biāo)準(zhǔn)

-

兩輸運(yùn)方程模型來計算流動的發(fā)展,在VOF法中引入連續(xù)表面張力模型(CSF模型),動量方程的具體形式如下

(2)

本文速度與壓力耦合方式選擇適用于瞬變流動的PISO方案,壓力插值算法選擇PRESTO算法,VOF捕捉的自由界面附近的插值選擇幾何重建(geo-reconstruct)格式,因其是目前較為精確的界面追蹤方法,最適用于非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。壁面邊界條件設(shè)置為無穿透、無滑移條件。

氣液界面的應(yīng)變曲率張量表達(dá)式為

圖5所示為本文所選取的不同半徑氣泡從貯箱中心位置向上移動500 mm所需要時間對比圖。隨著氣泡半徑增大,上升一定距離所需要的時間呈現(xiàn)下降趨勢。由受力分析可知,氣泡的半徑越大,受到的浮力以及上、下面的壓強(qiáng)梯度力越大,向上運(yùn)動的驅(qū)動力也就越大,所以上升指定距離所需要的時間越短。當(dāng)氣泡半徑下降至100 mm以下時,氣泡初始運(yùn)動速度小于10

m/s,基本呈現(xiàn)出停滯狀態(tài),并且停滯時間隨著氣泡半徑的減小而延長。

(3)

VOF法流體體積函數(shù)

的控制方程如下

(4)

VOF模型在處理各物理量時采用體積分?jǐn)?shù)加權(quán)平均,因此任一物理量

由下式確定

閱讀作為增加知識的一個最佳途徑，已成為大家經(jīng)常討論的一個話題。而如何通過對深閱讀和淺閱讀的辨析，以更好的引導(dǎo)國民閱讀也極為重要。但是對于淺閱讀的判斷標(biāo)準(zhǔn)，至今仍是眾說紛紜。筆者就淺閱讀相關(guān)話題做一個嘗試性探索。

(5)

式中:

為第

相該物理量的值;

為第

相在計算的空間網(wǎng)格內(nèi)所占體積。

教師挖掘了文本的內(nèi)涵，對禮物贈送的禮儀進(jìn)行設(shè)問，沒有直接問中英禮物贈送的禮儀差異，而是通過先問中國婚禮贈禮的問題，再問英國婚禮贈禮到最后是中英結(jié)合的禮儀問題，問題設(shè)置非常巧妙，前兩個問題是為第三個問題的提問做鋪墊，通過對比，設(shè)置學(xué)生的認(rèn)知難題，激發(fā)學(xué)生思考。

在VOF模型計算中,氣泡運(yùn)動受到重力、浮力等體積力以及表面張力等表面力的作用。由于整個貯箱假設(shè)為飽和狀態(tài),因而附加質(zhì)量力以及黏滯力等其他作用力在本研究中予以忽略。氣泡受力如圖2所示。上述作用力分別由下式確定

=2π

(6)

(7)

(8)

式中:

為表面張力;

為重力;

為浮力;

為液體密度;

為氣體密度;

為氣泡半徑。

圖1所示為液氧低溫貯箱的結(jié)構(gòu)示意圖。貯箱由中間的圓柱段和兩端的橢圓封頭組成,圓柱段半徑

為700 mm,高度

為1 850 mm,橢圓封頭長軸為700 mm,短軸

為375 mm。貯箱具體結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。由于本文研究氣泡的運(yùn)動特性,因此在建模過程中不考慮貯箱內(nèi)噴射泵以及導(dǎo)熱元件對氣泡運(yùn)動的影響,即忽略上述元件。

(9)

(10)

式中:Δ

為氣泡與周圍介質(zhì)的密度差絕對值;

為與氣泡同體積的圓球的直徑。在低

流體環(huán)境中,氣泡上升的最終速度將隨著其直徑的增大而增大。

可以理解為浮升力和表面張力的比值,當(dāng)

較小時,表面張力對氣泡的形狀及運(yùn)動規(guī)律的影響作用占據(jù)主導(dǎo)地位,反之,浮升力的影響將會逐漸顯著。

表征液體黏性力與表面張力之比,在低

中,氣泡上升的最終速度將隨著其直徑的增大而增大。

2 數(shù)值方法

2.1 求解設(shè)置

式中:

為體積力;

為動力黏度;

為界面壓力。

在計算過程中,設(shè)定氣體為理想氣體,液相為不可壓縮流體,在VOF法CSF模型中,為了提高解的穩(wěn)定性,在多相模型中設(shè)置可壓縮的氣相為主相,不可壓縮液相為次相,用于平衡可壓縮相的壓力梯度和表面張力之間相互作用,以加速整個計算的收斂過程。

補(bǔ)償方式一般分為固定費(fèi)用和市場化方式兩種。其中市場化方式分為備用服務(wù)競價和容量市場，部分電力市場沒有容量市場。一般備用服務(wù)可以解決電力系統(tǒng)短期運(yùn)行可靠性問題，容量市場可以解決電力系統(tǒng)的長期運(yùn)行可靠性問題。云南的煤電機(jī)組補(bǔ)償問題需要區(qū)分所面臨的問題和能量市場的現(xiàn)狀進(jìn)行選擇。

由于大氣泡的上升速率要大于小氣泡,即便不考慮流場之間的相互作用,小氣泡在豎直方向的速度也無法“追趕”上大氣泡的上升速率。650 s時,貯箱頂部的大氣泡與下方小氣泡發(fā)生融合,至此所有分散于貯箱內(nèi)的氣泡已融合為一體,聚集于貯箱頂部。融合后“氣枕”的液面發(fā)生輕微的波動,此時箱內(nèi)仍然存在著由于氣泡上升所形成的流動循環(huán),而“氣枕”依舊固定于頂部并未發(fā)生轉(zhuǎn)移。1 100 s時,“氣枕”形成了較穩(wěn)定的液面構(gòu)型,即類似于橢球的回轉(zhuǎn)體。飛行器在外太空飛行中,劇烈的晃動和擾動通常存在于升空和變軌等過程,并且時間相對較短。因此,低溫貯箱內(nèi)的“氣枕”絕大多數(shù)時間內(nèi)是處于單個大氣泡的浮動狀態(tài)。

2.2 物性設(shè)置

貯箱內(nèi)氣泡在運(yùn)動過程中低溫液體的溫升約為(以充灌率95%為例)Δ

=

=5.46×10

K,其中熱量

為外界熱負(fù)荷(0.3 W/m

)、壁面面積(12 m

)以及氣泡運(yùn)動時間(約1 ks)的乘積,估算值約為3 600 J;

為貯箱內(nèi)流體質(zhì)量,為3 902 kg。如此微小的溫升可認(rèn)為工質(zhì)熱物性參數(shù)基本保持不變,物性具體設(shè)置見表2。

2.3 模型驗證

圖3所示為采用VOF模型計算得到的箱內(nèi)氣液分布與Li等

實(shí)驗結(jié)果對比圖。從圖中可以看出,計算得到的箱內(nèi)氣液分布的變化趨勢與實(shí)驗較為吻合,證明VOF模型對于預(yù)測箱內(nèi)氣液分布規(guī)律具有一定的精度。

2.4 網(wǎng)格無關(guān)性驗證

考慮到貯箱幾何結(jié)構(gòu)對稱性,本文將貯箱模型簡化為2D平面。在進(jìn)行網(wǎng)格無關(guān)性驗證過程中,在不同密度的網(wǎng)格下將100 mm的氣泡從貯箱中心釋放,觀察氣泡最高點(diǎn)隨時間的變化,如圖4所示。從圖4中可以看出,當(dāng)網(wǎng)格數(shù)達(dá)到60 837時,氣泡最高點(diǎn)的位置與網(wǎng)格數(shù)基本無關(guān),因此本文選取60 837個網(wǎng)格進(jìn)行模擬計算。

3 計算結(jié)果與討論

3.1 氣泡運(yùn)動

微重力環(huán)境下,氣泡會受到重力、浮力、表面張力和黏性滯力及其他附加質(zhì)量力的作用。從式(6)～式(8)中可以發(fā)現(xiàn),氣泡半徑影響著氣泡受力,從而影響氣泡運(yùn)動。本文選取氣泡半徑分別為50 mm、75 mm、100 mm、125 mm、150 mm、175 mm以及200 mm等一系列氣泡,初始時刻從貯箱的中心位置釋放,觀察其在多力場耦合的作用下的運(yùn)動狀況。為了定量研究氣泡的動力學(xué)特性,本文采用氣泡的幾何中心在豎直方向上移動500 mm所需時間作為評判指標(biāo),以對比不同氣泡間的動力學(xué)特性。

乳酸菌產(chǎn)生的乳酸菌素是一種高效、無毒的生物保鮮劑，能抑制許多引起食品腐敗變質(zhì)的細(xì)菌的生長和繁殖。另外，乳酸菌的代謝產(chǎn)物如乳酸、脂肪酸等可降低食物的pH，也可以抑制許多微生物的生長。用乳酸菌素處理蝦肉糜后，細(xì)菌的生長繁殖得到有效抑制，保質(zhì)期由2 d延長至5～6 d，且對蝦肉糜的感官品質(zhì)無明顯影響[22]。然而，乳酸菌素一般只能抑制革蘭氏陽性菌的生長，對革蘭氏陰性菌的抑制效果不理想。因此，為了起到全面的抑菌效果，乳酸菌一般配合EDTA或檸檬酸鹽等螯合劑使用，對水產(chǎn)品進(jìn)行協(xié)同保鮮。

本文通過在整個流體區(qū)域內(nèi)求解質(zhì)量守恒、動量守恒與能量守恒控制方程,來追蹤微重力下貯箱內(nèi)氣泡的變化。

3.2 氣泡融合特性

假設(shè)低溫液體貯箱在劇烈晃動后,“氣枕”被分散成數(shù)個大小形狀不一的小氣泡,其位置隨機(jī)地分散于貯箱內(nèi)部的各個區(qū)域。

圖9為總磷的分析結(jié)果，由圖9可以看出降雨開始時總磷為0.086mg/L，基本為Ⅳ類水體。隨著降雨徑流對地表的沖刷作用，總磷濃度開始逐漸升高；降雨開始12小時后污染物濃度達(dá)到峰值0.18mg/L，為Ⅴ類水體。從降雨開始12小時后，由于稀釋作用，污染濃度開始降低；至降雨結(jié)束，總磷濃度基本恢復(fù)至Ⅳ類水質(zhì)。由此可見，水源地一天內(nèi)水質(zhì)為Ⅴ類時間約為23個小時，降雨徑流對總磷的影響比較顯著，需要重點(diǎn)考慮。

圖7所示為重力水平10

條件下,95%充灌率液氧貯箱內(nèi)隨機(jī)分布的4個氣泡運(yùn)動上升及融合過程中關(guān)鍵時間節(jié)點(diǎn)的相態(tài)分布。此工況下的

=1.32×10

,最大氣泡的

=2.82,表面張力對氣泡的外形及運(yùn)動規(guī)律占據(jù)著主導(dǎo)地位。氣泡在浮力和上下表面壓強(qiáng)梯度力的驅(qū)動作用下,由最初靜止?fàn)顟B(tài)開始緩慢上升。當(dāng)氣泡開始上升時,由于氣泡間的流體運(yùn)動速度比周圍流場大,形成了指向氣泡間的壓力梯度,使尺寸相近的氣泡在上升過程中相互接觸并逐漸融合。100 s時,各個氣泡相對于原來位置發(fā)生了顯著移動,說明在氣泡運(yùn)動的初始階段,黏性滯力在很大程度上限制著氣泡的運(yùn)動。此外,氣泡的形狀僅發(fā)生了輕微變形,這充分說明表面張力具有維持氣泡形狀,阻止其變形的作用。一旦氣泡產(chǎn)生位移后,周圍的流場迅速變化,氣泡與周圍流場間的相互擾動加強(qiáng)。180 s時,中間的大氣泡與其左上方的小氣泡發(fā)生碰撞并相互融合,在低

流體環(huán)境中,氣泡上升的速度隨其直徑的增大而增大。250 s時,氣泡發(fā)生二次融合,融合后的氣泡半徑進(jìn)一步增大,在氣泡的碰撞過程中,由于氣泡運(yùn)動的慣性動量使融合后的大氣泡在上升的過程中液面不斷地發(fā)生波動,但大氣泡此后并未分裂,此時表面張力對自由界面的構(gòu)型仍占據(jù)主導(dǎo)作用,貯箱內(nèi)沒有足夠的擾動打破大氣泡。圖7(f)中大氣泡已經(jīng)接近貯箱頂部,并未與其右下方的小氣泡發(fā)生再次融合。這是因為貯箱內(nèi)的流場已經(jīng)初步定型,大氣泡的上升形成了其右側(cè)液體向下的流動循環(huán),如圖8所示,而小氣泡恰好處于這樣的流場內(nèi),上升速度受到一定程度的抑制。

為保證計算準(zhǔn)確性,時間步長設(shè)置為0.01 s,在計算過程中收斂具體判據(jù)為:第一,某次迭代的相對誤差小于預(yù)設(shè)的容許誤差,其中連續(xù)性殘差小于10

,其余殘差小于10

;第二,在某次迭代中某點(diǎn)的溫度值或者速度值不再發(fā)生變化,則認(rèn)為計算已經(jīng)收斂。

結(jié)合上述氣泡運(yùn)動特性,本文研究了當(dāng)貯箱內(nèi)存在小于100 mm半徑的氣泡時,箱內(nèi)多氣泡的融合特性。圖9所示為95%充灌率的液氧貯箱在10

微重力下,當(dāng)貯箱內(nèi)存在半徑小于100 mm的氣泡時,多個氣泡在液氧貯箱中的運(yùn)動及融合過程示意圖。設(shè)定在初始時刻,貯箱內(nèi)隨機(jī)分布多個尺寸各不相同的氣泡。在圖9(a)中,氣泡半徑由小到大依次為70 mm、85 mm、95 mm、110 mm、220 mm以及280 mm。

100 s時,貯箱內(nèi)半徑為270 mm的大氣泡首先與其右上側(cè)半徑為110 mm的氣泡發(fā)生融合。隨后,在圖9(d)中,氣泡已完成二次融合,原位于底部大氣泡左側(cè)半徑為85 mm的氣泡也融入到大氣泡中。隨著底部大氣泡的不斷向上移動,受其周圍所帶動的流場影響,上方的氣泡均發(fā)生位置移動和輕微變形。300 s時,大氣泡在上升過程中速度不斷地增大,并受到融合后界面波動的影響,形狀已變?yōu)樽訌椥突剞D(zhuǎn)體,其兩側(cè)半徑小于100 mm的氣泡,相對初始時刻均發(fā)生了位置偏移和變形,表明小氣泡已受到下方大氣泡周圍流場的作用而向上運(yùn)動。400 s時,所有氣泡融合為單一的大氣泡。如圖9(h)所示,當(dāng)氣泡到達(dá)貯箱頂部后,由于箱內(nèi)流動循環(huán)的存在,氣泡在一定程度上向右偏離了貯箱中心軸線。隨著流體循環(huán)動能的不斷衰減,氣泡逐漸穩(wěn)定在貯箱頂部,以集中“氣枕”形式存在。因此,當(dāng)多氣泡存在于貯箱內(nèi)時,即便有半徑小于100 mm的氣泡,小氣泡也會在其他氣泡的相互作用下發(fā)生融合,最終聚集于貯箱頂部,形成穩(wěn)定的橢球回轉(zhuǎn)體形狀的“氣枕”構(gòu)型。

4 結(jié) 論

本文采用流體體積函數(shù)法模擬微重力條件下低溫推進(jìn)劑貯箱內(nèi)氧氣泡的運(yùn)動及融合特性,得到如下結(jié)論。

1．1 一般資料 對2006－2011年在如東縣接受兒童系統(tǒng)管理的27 662例3個月內(nèi)小嬰兒聽力篩查資料進(jìn)行調(diào)查分析。

(1)在10

微重力條件下,隨著氧氣泡半徑增大,上升一定距離所需時間呈現(xiàn)出下降趨勢,其主要原因是氧氣泡的半徑越大,產(chǎn)生的浮力以及上、下面的壓強(qiáng)梯度力越大,向上運(yùn)動的驅(qū)動力也就越大。當(dāng)氧氣泡半徑小于100 mm時,氧氣泡上升的前期出現(xiàn)一定停滯,停滯期內(nèi)氧氣泡最大速度小于10

m/s。停滯時間隨氧氣泡半徑的減小而增長。

橫向驗算：長細(xì)比λ=h/i=1350/15.8=85.44，查《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中表可知：φ=0.692；主體支架承受均布荷載為Q系支=98.91kN/m2，主體支架按最不利布置0.4m×0.6m計算，則一個支架框架受力F=98.91×0.4×0.6=23.74kN=23740N；則F/（φA）+σm=23740/（0.692×489）+55=125.16MPa＜KA×KH×f=0.85×0.99×205=172.51MPa；故系梁橫向滿足要求，是安全的。

(2)在重力水平10

條件下,95%充灌率的液氧的貯箱內(nèi)不同尺寸氣泡上升時,由于氧氣泡間的流體運(yùn)動速度要比周圍流場大,形成了指向氣泡間的壓力梯度,使尺寸相近的氧氣泡在上升過程中相互接觸并逐漸融合,最終形成橢球回轉(zhuǎn)體形狀的“氣枕”構(gòu)型。

(3)微重力環(huán)境下隨機(jī)分布于貯箱內(nèi)一定數(shù)量的氧氣泡,即便有部分氧氣泡半徑小于100 mm,仍能夠在多個力場的綜合作用下,緩慢上升并發(fā)生碰撞與融合,最終聚集于貯箱頂部,形成穩(wěn)定的橢球回轉(zhuǎn)體形狀的“氣枕”構(gòu)型。因此,一定程度上“氣枕”集中模型假設(shè)是可行的。

改良退化草地需要從改善土壤環(huán)境和恢復(fù)原有植被兩個方面展開。傳統(tǒng)的草地改良機(jī)械一般大多脫胎于農(nóng)業(yè)機(jī)械，依據(jù)機(jī)械化耕作改變土壤物理化學(xué)特性、土壤結(jié)構(gòu)以及土壤中的水肥運(yùn)移[1-2]基本原理進(jìn)行草地改良。隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展，草地改良技術(shù)與草地改良機(jī)械也呈現(xiàn)出快速發(fā)展的態(tài)勢，而國外草地改良技術(shù)和相關(guān)設(shè)備的發(fā)達(dá)程度一直高于國內(nèi)。因此，研究這些最新的技術(shù)有利于我國草地改良技術(shù)的提升。

考慮到實(shí)際軌航天器的低溫貯箱一般處于過冷狀態(tài),后續(xù)的研究工作將加入相間的傳熱傳質(zhì)模型,考慮氣泡運(yùn)動過程中凝縮或者膨脹現(xiàn)象,使模型與實(shí)際狀況更為符合。

:

[1] SHUANG Jingjing,LIU Yingwen.Efficiency analysis of depressurization process and pressure control strategies for liquid hydrogen storage system in microgravity [J].International Journal of Hydrogen Energy,2019,44(30):15949-15961.

[2] PANZARELLA C H,KASSEMI M.Self-pressurization of large spherical cryogenic tanks in space [J].Journal of Spacecraft and Rockets,2005,42(2):299-308

[3] PANZARELLA C H,KASSEMI M.On the validity of purely thermodynamic descriptions of two-phase cryogenic fluid storage [J].Journal of Fluid Mechanics,2003,484:41-68.

[4] 顏露,黃永華,吳靜怡,等.低溫推進(jìn)劑在軌儲存熱力學(xué)排氣系統(tǒng)TVS研究進(jìn)展 [J].低溫與超導(dǎo),2015,43(2):5-13.

YAN Lu,HUANG Yonghua,WU Jingyi,et al.Development of thermodynamic venting system technology for cryogenic propellant storage on orbit [J].Cryogenics &Superconductivity,2015,43(2):5-13.

[5] PU Lin,LI Huixiong,LV Xiao,et al.Numerical simulation of bubble dynamics in microgravity [J].Microgravity Science and Technology,2008,20(3):247-251.

[6] ALHENDAL Y,TURAN A,ALY W I A.VOF simulation of Marangoni flow of gas bubbles in 2D-axisymmetric column [J].Procedia Computer Science,2010,1(1):673-680.

[7] WANG Bin,QIN Xujin,JIANG Wenbin,et al.Numerical simulation on interface evolution and pressurization behaviors in cryogenic propellant tank on orbit [J].Microgravity Science and Technology,2020,32(1):59-68.

[8] LV Rongrong,HUANG Yonghua,WU Jingyi.Thermodynamic analysis of partially filled hydrogen tanks in a wide scale range [J].Applied Thermal Engineering,2021,193:117007.

[9] FORTES A F,JOSEPH D D,LUNDGREN T S.Nonlinear mechanics of fluidization of beds of spherical particles [J].Journal of Fluid Mechanics,1987,177:467-483.

[10] WIJNGAARDEN L V.The mean rise velocity of pairwise-interacting bubbles in liquid [J].Journal of Fluid Mechanics,1993,251:55-78.

[11] YUAN H,PROSPERETTI A.On the in-line motion of two spherical bubbles in a viscous fluid [J].Journal of Fluid Mechanics,1994,278:325-349.

[12] ROBINSON P B,BOULTON-STONE J M,BLAKE J R.Application of the boundary integral method to the interaction of rising two-dimensional deformable gas bubbles [J].Journal of Engineering Mathematics,1995,29(5):393-412.

[13] TRYGGVASON G,BUNNER B,ESMAEELI A,et al.A front-tracking method for the computations of multiphase flow [J].Journal of Computational Physics,2001,169(2):708-759.

[14] LEGENDRE D,MAGNAUDET J,MOUGIN G.Hydrodynamic interactions between two spherical bubbles rising side by side in a viscous liquid [J].Journal of Fluid Mechanics,2003,497:133-166.

[15] 李彥鵬,張乾隆,白博峰.豎直通道內(nèi)相鄰氣泡對上升的直接數(shù)值模擬 [J].熱能動力工程,2007,22(4):375-379.

LI Yanpeng,ZHANG Qianlong,BAI Bofeng.A direct numerical simulation of neighboring air-bubble rising process in a vertical channel [J].Journal of Engineering for Thermal Energy and Power,2007,22(4):375-379.

[16] 王太,李會雄,李陽.同軸兩個氣泡融合特性的數(shù)值研究 [J].西安交通大學(xué)學(xué)報,2013,47(7):1-6.

WANG Tai,LI Huixiong,LI Yang.Numerical investigation on coaxial coalescence of two gas bubbles [J].Journal of Xi’an Jiaotong University,2013,47(7):1-6.

[17] 張淑君,吳錘結(jié).氣泡之間相互作用的數(shù)值模擬 [J].水動力學(xué)研究與進(jìn)展:A輯,2008,23(6):681-686.

ZHANG Shujun,WU Chuijie.Numerical simulation of the interactions between two three-dimensional deformable bubbles [J].Chinese Journal of Hydrodynamics:A,2008,23(6):681-686.

[18] 龐明軍,魏進(jìn)家,宇波.微重力量值對氣液兩相流相分布及液相湍流統(tǒng)計量影響的數(shù)值研究 [J].空間科學(xué)學(xué)報,2012,32(3):368-375.

PANG Mingjun,WEI Jinjia,YU Bo.Numerical investigation on influence of micro-gravity magnitude on phase distribution and liquid turbulence statistics in bubbly flow [J].Chinese Journal of Space Science,2012,32(3):368-375.

[19] 王煥然,李彥鵬,楊棟,等.黏性液體中單個氣泡上升的形狀特性 [J].工程熱物理學(xué)報,2009,30(9):1492-1494.

WANG Huanran,LI Yanpeng,YANG Dong,et al.On the shape feature of a single bubble rising in viscous liquids [J].Journal of Engineering Thermophysics,2009,30(9):1492-1494.

[20] 蔣昌波,王剛,鄧斌,等.不同尺度水平并列氣泡運(yùn)動特性三維數(shù)值研究 [J].應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報,2015,23(2):233-245.

JIANG Changbo,WANG Gang,DENG Bin,et al.Three-dimensional numerical simulation of movement characteristic of two parallel rising bubbles with different scales [J].Journal of Basic Science and Engineering,2015,23(2):233-245.

[21] 何丹,李彥鵬,劉艷艷.初始形狀對浮升氣泡動力特性的影響 [J].西安交通大學(xué)學(xué)報,2011,45(1):43-47.

HE Dan,LI Yanpeng,LIU Yanyan.Effect of initial bubble shape on dynamics of a buoyancy-driven bubble [J].Journal of Xi’an Jiaotong University,2011,45(1):43-47.

[22] 王昭太,吳忱韓,趙萬東,等.氣泡黏性對上升運(yùn)動特性影響的界面追蹤算法模擬 [J].科學(xué)技術(shù)與工程,2018,18(13):125-130.

WANG Zhaotai,WU Chenhan,ZHAO Wandong,et al.Front tracking method simulation of the effect of bubble viscosity on rising motion characteristics [J].Science Technology and Engineering,2018,18(13):125-130.

[23] 馮俊杰.氣液兩相體系氣泡的流體力學(xué)行為研究 [D].北京:北京化工大學(xué),2016.

[24] LI Zhangguo,ZHU Zhiqiang,LIU Qiusheng,et al.Simulating propellant reorientation of vehicle upper stage in microgravity environment [J].Microgravity Science and Technology,2013,25(4):237-241.