《磁重力補償下冶金熔體/溶液中氣泡動態行為基礎研究》是依託上海大學，由雷作勝擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：磁重力補償下冶金熔體/溶液中氣泡動態行為基礎研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：雷作勝
- 依託單位：上海大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
低微重力環境下氣泡在液相中的運動規律及其控制，是最佳化和完善空間科學諸多關鍵技術所面臨的共性問題。但由於低微重力實驗條件獲得不易，難以開展充分的研究。利用超導梯度強磁場產生的磁體積力來補償或部分補償重力，使在氣液兩相體系中開展長時間、低成本的低微重力實驗成為可能，具有重要意義。為此，本項目提出，基於超導梯度強磁場的磁重力補償效應，發展和完善針對氣液兩相體系模擬低微重力環境的相似理論和設計思想，採用磁化率不同的多種氣-液體系進行氣泡動態行為的可視化模擬實驗，建立包括磁場、流場以及兩相動態界面捕捉的多物理場耦合數學模型，重點對低微重力環境下氣泡在液固界面以及液相中的形核-生長-脫附-上浮的動態行為進行研究。在科學層面，獲得不同重力水平下氣泡在熔體/溶液中運動行為的機制與一般規律；在技術層面，為在地麵條件下模擬空間環境兩相流進行理論和實驗上的探索，為解決空間冶金及材料製備中的一些關鍵問題提供參考。
結題摘要
低微重力環境下氣泡在液相中的運動規律及其控制，是最佳化和完善空間科學諸多關鍵技術所面臨的共性問題。但由於低微重力實驗條件獲得不易，難以開展充分的研究，利用梯度磁場產生的磁體積力來補償或部分補償重力，使在氣液兩相體系中開展長時間、低成本的低微重力實驗成為可能。本項目基於磁重力補償下氣-液兩相系統動態界面演化這一科學問題，著重進行如下幾個方面的研究：（1）發展了三種數學方法，即水平集法、相場法和動格線方法，來處理氣液兩相流中兩相界面的動態演化問題；（2）設計並製作了針對磁流體的磁重力補償裝置。數學模擬和實測表明，在φ60×60mm的空間內，可以實現磁流體90%以上的均勻磁重力補償；（3）進行了磁重力補償下的泡沫動力學，包括二維泡沫粗化動力學，磁場作用下二維單分散類蜂窩泡沫結構可逆轉變以及磁場作用下金屬泡沫材料結構調控等方面的研究；（4）磁重力補償下磁流體系統自然對流和沸騰換熱過程的實驗研究和數值模擬；（5）作為一種嘗試和擴展，本項目還進行了磁場作用下二維晶體熔化和凝固的巨觀模擬實驗探索和磁場作用下附著液滴和懸浮液滴動力學等方面的研究。本項目的研究，為在地麵條件下模擬空間環境兩相流進行了理論和實驗上的探索，為解決空間冶金及材料製備中的一些關鍵問題提供參考，同時也提出了一些新的值得研究的科學問題。
