הבנת ההשפעות של תנודות ו bifurcation בהסעה תרמו-קפילרית חשוב לחקר זרימה לא ליניארית חזקה בחלל. בשל משאבים ותנאים מוגבלים בחלל, המטען הניסיוני צריך להיות קטן בגודלו, קל במשקלו, ובעל יכולות אנטי רטט. פריצות דרך בטכנולוגיית החלל, כגון ביצוע תחזוקת משטח נוזלי והזרקת נוזלים ללא בועות, יכולות לשפר עוד יותר את הקיבולת הטכנית של ניסויי מיקרו-כבידה בפיזיקת הנוזלים.
התבוננות במעבר הסעה, תנודות טמפרטורה ועיוות פני השטח של נוזל דורשים שימוש בתרמוקופלס מצלמה תרמית אינפרא אדום, חיישן תזוזה. הדגמת ההליך תהיה וואנג ג'יה, וו די, והו ליאנג, טכנאים מהמעבדה שלי. התחל בבניית בריכת נוזלים אנתרית נחושת עם רדיוס פנימי של ארבעה מילימטרים קוטר רדיוס חיצוני של 20 מילימטרים קוטר וגובה של 12 מילימטרים.
השתמש צלחת פוליסולפון בקוטר 20 מ"מ כמו החלק התחתון של הבריכה הנוזלית, לקדוח חור קטן, שני מילימטר קוטר שישה מילימטרים ממרכז הצלחת כמו חור הזרקת הנוזל. הוסיפו פינות חדות בזווית של 45 מעלות על הקירות הפנימיים והחוץ-צדדיים, והחלו נוזל אנטי-זוחל על הקירות הפנימיים והישירים לגובה הגדול מ-12 מילימטרים. לאחר מכן, בחר שמן סיליקון צמיגות נמוכה המתאים כמו נוזל העבודה, לחמם את הנוזל ל 60 מעלות צלזיוס.
כדי לפרוק כל גז מהנפט, להחיל פחות מ 150 פסקלים של לחץ במשך שש שעות, ואחריו שאיבת אבק של מערכת אחסון נוזלי עד הלחץ מגיע רק מתחת 200 פסקלים. לאחר מכן, להקל על השסתום כדי לאפשר שמן סיליקון למלא את הצילינדר שאקום ללא גז. כדי להגדיר את מערכת ההזרקה עבור הנוזל העובד, בחר מנוע צעד כדי להניע את ההזרקה והניקה של נוזל, ולהחיל שסתום סולנואיד כדי לשלוט על מתג ההפעלה / כיבוי של מערכת ההזרקה.
השתמש במפרק אוניברסלי כדי לחבר את מנוע הצעד אל הצילינדר הנוזלי, ולהשתמש בצינור בקוטר 4 מ"מ-חיצוני כדי לחבר ברציפות את הצילינדר הנוזלי, שסתום סולנואיד וחור ההזרקה. כדי להקים את מערכת המדידה, מניחים שישה תרמוקופלים בתוך הבריכה הנוזלית כדי למדוד את הטמפרטורות בנקודות שונות, כפי שמודגם באיור. מניחים מצלמת אינפרא אדום ישירות מעל פני השטח הנוזלי, ומסובבים את העדשה כדי להתאים את המוקד ולאסוף את מידע שדה הטמפרטורה על פני השטח נטולי הנוזלים.
התאימו את חיישן התזוזה כדי למדוד את התזוזה של נקודת עניין מסוימת על פני השטח הנוזליים, ולהשתמש במצלמת CCD כדי להתמקד במשטח הנוזלי. לאחר מכן, רשום את השינוי של המשטח החופשי. כדי להתחיל בניסוי, הפעל את תוכנת בקרת הניסוי והפעיל את לחצן ההפעלה.
כדי לבצע את הזרקת הנוזל, להחיל 12 וולט על שסתום סולנואיד כדי לפתוח את השסתום. לאחר מכן, הפעל את כפתור המנוע כדי להפעיל את המנוע בשלב של 2.059 מילימטרים כדי להזריק 10, 305 מיליליטר של שמן סיליקון לתוך הבריכה הנוזלית. כאשר כל השמן נמסר, לכבות את כוח שסתום סולנואיד לסגור את שסתום סולנואיד.
כדי לבצע חימום ליניארי, הגדר את טמפרטורת יעד החימום ל-50 מעלות צלזיוס, את טמפרטורת יעד הקירור ל-15 מעלות צלזיוס ואת קצב החימום ל-0.5 מעלות צלזיוס לדקה. לאיסוף נתונים, הגדר את תדר הדגימה של דימוי האינפרא-אדום ל-7.5 הרץ, את תדר התרמוקופל ואת חיישן התזוזה ל-20 הרץ, ואת תדר ה-CCD ל-24 הרץ. לאחר הגדרת כל הפרמטרים, לחץ על לחצן המערכת לאיסוף נתונים ונטר את הטמפרטורה, התזוזה ומידע נוסף המעניין את תוכנת המחשב.
בסוף הניתוח, כבה את החשמל. מודל ניסיוני אלה ושיטות מדידה שולבו במטען זה על הלוויין SJ-10. 23 ניסויי מיקרו-כבידה על הסעה תרמו-קלינית של גל פני השטח הסתיימו.
בתמונות תרמיות אינפרא אדום אלה של התפלגות הטמפרטורה על משטח נטול נוזלים בהסבה תרמו-קפילארית, ניתן לראות מגוון דפוסי זרימה נדנוד, כולל תנודות רדיאליות וסיבובים היקפיים בכיוון השעון ונגד כיוון השעון. בניסוי מייצג זה, הטמפרטורות בתוך הנוזל עלו באופן ליניארי עם עליית הפרש הטמפרטורה, כאשר שדה הטמפרטורה משתנה מעת לעת לאחר שהפרש הטמפרטורה חרג מסף מסוים, מה שמצביע על כך שההסעה התרמו-קפילרית התפתחה ממדינה יציבה למצב נדנוד. בנוסף, משרעת הטמפרטורה הנדודה גדלה ככל שדה הזרימה התפתח, כפי שצוין בניתוח ספקטרום זה, מראה כי תדירות התנודות הקריטית הייתה 0.064 הרץ.
למרות הסעה ציפה של מערכת הקרקע בקנה מידה קטן נחלש, הזרימה עדיין היה צימוד של הסעה תרמו-קבילה ציפה, עם תוצאות שונות שנצפו בתוצאות ניסוי החלל, לעומת תוצאות שהושגו בניסויים הקרקע. על ידי השוואת מספר רב של נתוני דפורמציה עבור פני השטח נטולי הנוזלים הנמדדים על ידי חיישן התזוזה ותנתי הטמפרטורה של הנוזל הנמדד על ידי תרמוקופלס, נצפתה גם כי עיוות פני השטח ושדה הטמפרטורה בנוזל החלו להתתנודות בו זמנית באותו תדר. שתי טכנולוגיות מפתח אלה, תחזוקה של משטח נוזלים והזרקת נוזלים ללא היווצרות בועה, ממלאים תפקידים חיוניים במחקר החלל הניסוי.
אנו מקווים כי העבודה הנוכחית יכולה לספק בסיס מדעי ותמיכה טכנית לצופים המעוניינים לנסות טכניקות אלה.
