微（变）重力环境下复杂界面流体传输特性与流动稳定性研究

In this project, heat-mass transfer coupling phenomena and flow stability mechanism in the interfacial fluid transfer process in microgravity (or low-gravity) environment will be researched, on the need for engineering applications such as space heat equipment and fluid management, and development of new ground-based industrial technologies. The interfacial fluid dynamics behaviors and heat-mass transfer coupling mechanism will be studied under the conditions of evaporating phase-change and external gas stream in microgravity (or varying-gravity) using methods of theoretical analysis, numerical simulation and experimental observation, the influence of changing of gravity on the fluid phase-changing heat transfer process and fluid interfacial stability will be studied, the non-equilibrium heat effect of complex interfacial fluid will be discovered. The effect of varying acceleration in space (changing of the Bond number) on the gas-liquid phase distribution and the dynamic process of the liquid-phase re-positioning will be studied; the R-T instability of fluid interface in space will be uncovered. The interfacial fluid dynamics has become a new research direction in fluid dynamics in the world, we will obtain new research results in the Rayleigh-Taylor instability of fluid interface and fluid instability in microgravity, heat-mass transfer coupling mechanism of phase-changing interface and development of new techniques for the microgravity(or varying-gravity) drop-tower experiments, make scientific contributions to the interfacial fluid dynamics and microgravity fluid mechanics, and provide theoretical bases for design and development of space heat pipe and heat fluid equipments for phase-changing heat transfer and fluid management.

本项目以空间热设备和流体管理等工程应用和地面工业新技术发展需求为背景，研究空间微（低）重力条件下和地基应用中界面流体输运过程中热、质耦合特殊规律和流动失稳机制。采取理论分析、数值模拟与实验观测相结合的综合研究方法，研究微（变） 重力条件下蒸发相变与界面流动过程中的热质传输耦合机理，探讨重力变化对流体相变传热特性和流体界面稳定性的影响，揭示复杂界面流体非平衡热效应；研究空间变加速度（变Bond数）对气-液形位分布和流体重定位动态过程的影响，揭示空间流体界面Rayleigh-Taylor 失稳的特殊规律。界面流体动力学研究已成为国际流体力学新方向，本项目将在微重力流体界面不稳定性和流动不稳定性、相变界面热质传输耦合机理研究和发展微（变）重力落塔实验新技术方面获创新研究结果，为界面流体动力学和微重力流体研究做出科学贡献，为空间和地基工业应用中热管、相变传热、流体管理等应用设备设计开发提供理论依据。

本项目2016-2020年期间全面完成计划书研究内容：1）界面流体热质传输规律与非平衡效应研究；2）复杂界面流动与不稳定性特性理论研究和3）空间在轨流体输运不稳定机理与落塔试验新技术研究。采用理论分析、数值模拟与地基实验、空间研究相结合的综合研究方法，开展了系统深入的地基与空间科学研究。成功搭载我国首艘货运飞船和实践十号科学实验卫星，完成了我国首次蒸发与冷凝相变界面现象和蒸发液滴对流两项空间实验，建立了多台套地面蒸发相变流体实验装置，开发和编写了多套具有自主知识主权的数值模拟计算程序，发现和获得了丰富的新现象和新实验数据，扩展了本项目复杂界面现象研究的模型化理论和科学实验结果，达到了本项目的终期研究目标。.本项目研究团队已发表科技期刊论文48篇，其中SCI论文34篇，包括Int. Heat & Mass Transfer (11篇)、 Physics of Fluid（5篇）、Physical Review Fluids、Langmuir和Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics 等I区SCI（EI）收录论文，其中在Phys. Rev. Fluids发表的论文被选为主编推荐（Editors’ Suggestion）论文；国际会议论文47篇和国内会议论文（含国防报告）22篇，做会议报告60余次。已申报发明和技术专利10项。.本项目团队先后主办国际会议2次和做为会议共同主席参与组办2次国际会议；结合重点基金研究课题专门主办了2次国内专题学术论坛；建立了中欧空间站两相系统研究的长期合作团队和基地，并先后主持中-欧空间站国际合作项目1项和参与2项、中科院国际合作重点计划1项；参加完成中欧联合微重力实验课题2次。