[发明专利]一种微重力环境下的大尺寸液滴相变过程观测的实验装置

说明书

本发明实施例公开了一种微重力环境下的大尺寸液滴相变过程观测的实验装置，包括：蒸发液滴实验台，用于将实验液形成为大尺寸液滴并提供蒸发条件；液体存储注液单元，用于向所述蒸发液滴实验台提供实验液；光学观测单元，用于向所述蒸发液滴实验台提供光源，并对蒸发相变过程进行观测；环境监测单元，用于监测操作环境中的环境参数；控制单元。本发明通过多个单元之间的协同配合，有效实现对微重力环境下的大尺寸液滴蒸发状态下的相变过程的观测，为后续研究提供有力的技术支持。

技术领域

本发明实施例涉及蒸发相变传热的空间科学实验设备技术领域，具体涉及一种微重力环境下的大尺寸液滴相变过程观测的实验装置。

背景技术

蒸发与相变传热是一典型的质量交换流体界面现象，是载人航天环控生保系统、热管理系统和流体管理系统等空间工程技术的重要应用基础和关键内容之一，有诸多科学问题需要研究，已引起国际学术界的重视，西欧等国已经将其列为微重力流体物理的前沿课题之一。但由于空间实验机会的宝贵，目前蒸发相变的空间实验研究较少，缺乏对空间微重力或低重力特殊环境下蒸发相变规律的深入了解。随着国际空间探索的大发展，人们发现在地面重力效应掩盖下的界面张力效应(对流)等成为主导空间生保、热机械等发展的关键因素，迫切需要人们发展空间环境下的相应理论。

利用无浮力对流的微重力环境，可以剥离地面重力掩盖下的蒸发过程与表面张力驱动对流的耦合机理，并采用较大的蒸发液滴，以便于更精细和准确地实验观测蒸发界面热质输运与表面张力驱动流动的耦合现象，具有流体界面动力学现象和相变传热理论研究的重要科学价值。

但在微重力环境下，地面上比较容易实现的技术发生在空间会遇到一定困难。首先，空间无重力条件使得液体管理极为困难，液体会在表面张力牵引下到处铺展，不能像地面条件下保持在重力梯度方向，这为空间注液和液体保持带来挑战。其次，空间实验绝大部分为无人，对于实验装置控制的精度、在轨故障的识别和自动修正、空间实验参数的可修改性提出了更高的要求。再次，空间无浮力条件下的蒸汽只能靠扩撒，不利于建立均一稳定的蒸发初始环境。另外，空间无浮力对流，实验装置的散热只能通过导热或热辐射，这对于实验装置的热适应性和热设计提出更高的要求。还有，地面实验室常规装置不能承受火箭发射时的强振动。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种微重力环境下的大尺寸液滴相变过程观测的实验装置，通过多个单元之间的协同配合，有效实现对微重力环境下的大尺寸液滴蒸发状态下的相变过程的观测，为后续研究提供有力的技术支持。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：

一种微重力环境下的大尺寸液滴相变过程观测的实验装置，包括：

蒸发液滴实验台，用于将实验液形成为大尺寸液滴并提供蒸发条件；

液体存储注液单元，用于向所述蒸发液滴实验台提供实验液；

光学观测单元，用于向所述蒸发液滴实验台提供光源，并对蒸发相变过程进行观测；

环境监测单元，用于监测操作环境中的环境参数；

控制单元。

作为本发明的一种优选方案，所述蒸发液滴实验台包括用于放置实验液的实验基底，与所述实验基底接触设置的加热组件，以及用于对所述实验基底上的热参数进行测量的热参数测量传感器。

作为本发明的一种优选方案，所述液体存储注液单元包括其中一个端面形成有出液口的储液腔，至少部分沿所述储液腔的轴线方向可移动地设置于所述储液腔中的活塞组件，以及连通所述出液口与所述蒸发液滴实验台的连接管。

作为本发明的一种优选方案，所述活塞组件包括设置于所述储液腔中的密封活塞体，一端连接所述密封活塞体，另一端贯穿位于所述储液腔外部的连杆，以及连接所述连杆并带动所述连杆沿所述储液腔的轴线方向移动的驱动部。