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外太空环境下液体的流动与扩散机理研究

作　者: 史汝超
导　师: 韩玉阁
学　校: 南京理工大学
专　业: 热能工程
关键词: 羽流场核化率 Rayleigh分布蒙特卡洛方法软杀伤
分类号: O35
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

以往的外太空环境下液体的流动与扩散机理研究主要应用于火箭剩余推进剂的排放干扰分析。随着空间攻防战中喷涂式软杀伤武器的提出和研制，外太空环境下液体的流动与扩散机理研究显得尤为重要。本文针对外太空环境下液体的流动与扩散机理进行研究，计算了过热液体降压沸腾的核化率以及极限过热度、临界半径等其他亚稳态过热液物理量。利用得出的核化率结果，从微观热力学理论出发，推导Rayleigh分布中的液滴半径最可几值，并利用推导出的公式对液滴初始化进行数值模拟，从亚稳态过热液降压沸腾机理深入研究真空射流在初始阶段的破碎情况。在此基础之上，用直接模拟蒙特卡洛法跟踪射流破碎后的液滴，进一步深入研究真空射流产生的液滴羽流场扩散情况，并用蒙特卡洛法对液体在目标上的光谱透射特性进行研究，以验证本文设计的方案是否可为喷涂式软杀伤武器的研制和喷涂方案的设计提供理论支持。本文从理论上推导了Rayleigh分布中最可几值公式，通过数值计算得出了该公式偏离极限过热度太大将偏离实验值的结论。通过液滴羽流场的数值模拟和对喷涂物质光谱特性的计算得出了软杀伤选取的喷涂物质应该沸点高，蒸发过程损失质量小，升华过程缓慢，光谱透射率低的结论。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-7
目录  7-9
主要符号说明  9-11
1 绪论  11-15
  1.1 课题背景及研究现状  11-13
  1.2 本文的主要工作  13-15
2 亚稳态过热液降压沸腾的核化率  15-34
  2.1 统计热力学的涨落理论  16-20
    2.1.1 系综  16-17
    2.1.2 涨落现象  17-20
  2.2 汽液相变成核的热力学理论  20
  2.3 临界半径的确定  20-22
  2.4 核沸腾中液体的极限过热度  22-23
  2.5 过热液体物性确定  23-27
    2.5.1 水的物性  23-24
    2.5.2 有机物质的物性  24-27
  2.6 降压沸腾核化率的确定  27-28
  2.7 数值模拟的结果及分析  28-33
    2.7.1 极限过热度分析  28-31
    2.7.2 核化率分析  31-33
  2.8 本章小节  33-34
3 真空射流羽流场的数值模拟  34-67
  3.1 RAYLEIGH分布中μ值的计算  34-45
    3.1.1 蒸汽的状态变化  34-35
    3.1.2 热力学第二定律和多变指数n的关系  35-36
    3.1.3 汽泡生长的基本方程  36-37
    3.1.4 对无因次方程组所做的数学变换  37-43
    3.1.5 最可几值的确定  43-45
  3.2 液滴初始化  45
  3.3 蒸发模型  45-47
  3.4 凝固模型  47-48
  3.5 升华模型  48
  3.6 物性参数计算  48-50
  3.7 数值模拟的结果及分析  50-66
    3.7.1 最可几值分析  50-52
    3.7.2 凝固点与沸点  52-53
    3.7.3 追踪液滴  53-61
    3.7.4 羽流场统计模拟  61-66
  3.8 本章小结  66-67
4 光谱透射率研究  67-77
  4.1 液体在目标上的沉积厚度分析  67-68
  4.2 光谱特性分析的概率模型  68-72
    4.2.1 传递行程的选择  68-69
    4.2.2 界面处光线的反射或折射  69
    4.2.3 光线反射或折射方向的确定  69
    4.2.4 光束碰到粒子的判断  69-70
    4.2.5 判断光线被粒子散射或者吸收  70
    4.2.6 光线散射方向的确定  70
    4.2.7 光线发射、折射和散射位置的确定  70-71
    4.2.8 粒子的散射  71-72
  4.3 物性参数  72-73
  4.4 光谱透射率分析  73-76
    4.4.1 沉积层厚度对光谱透射率的影响  73-75
    4.4.2 粒子体积浓度对光谱透射率的影响  75
    4.4.3 粒子粒径对光谱透射率的影响  75-76
  4.5 本章小结  76-77
5 结束语  77-79
致谢  79-80
参考文献  80-82

外太空环境下液体的流动与扩散机理研究

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