近日，制冷与低温工程研究所吴静怡教授和杨光副教授团队联合中国科学院力学所赵建福课题组，在北京落塔成功完成了国内首次低温流体短时微重力可视化实验。这也是国际上首次以液氧为工质的地基短时微重力落塔实验。
低温液氧两相流落塔实验台
航天器发射的绿色化及高比冲需求，使得低温推进剂的研究日益受到重视。其中，液氧作为氧化剂，在不同重力环境中的行为对航天推进技术的发展至关重要，显著影响航天器发动机燃料供给系统的稳定性。液氧处于-183℃极低温区，展现出诸多特殊性质，包括表面张力、黏度、汽化潜热等物理性质与常温流体存在显著差异。
项目团队历时1年多的技术攻坚，先后解决了低温可视化、实验参数精确控制、实验安全性保障等技术难题，完成了模拟贮箱落塔实验装置研制、实验流程设计和地面测试验证等，最终完成了对液氧-氧气两相系统在微/变重力环境下气液界面演化行为、相变传热及贮箱内温度和压力的动态变化过程的实验研究。
落舱释放前（常重力）的液氧界面（左）和回收阶段的液氧界面（右）
本次落塔实验采用单舱模式，微重力水平可达到10-3g（g=9.8 m/s2，为地面重力加速度），微重力持续时间约3.6s。实验准备阶段，利用液氮将模拟贮箱腔内的高压氧气冷凝为液氧，并通过高速相机对模拟贮箱内流体界面进行了可视化测试。当模拟贮箱内液氧充注率达到设计要求后封舱，并将单舱及其内部的实验装置吊装到83m高度的释放机构位置。确认实验装置状态无误后，释放落舱，以观测其内部液氧-氧蒸气两相系统在重力变化下的响应行为。本次落塔实验成功获得了微重力状态下液氧气液界面的波动及热力学特性，并分析了异质增压氦气、充注率、气枕区压强等多种因素的影响。这一突破性实验将为低温推进技术、低温推进剂在轨长期存储与管理等关键技术发展提供重要数据支持，也将深化对低温气液两相流动与相变传热规律的认知。
本项实验获得国家自然科学基金项目、上海市科技重大专项、国家重点研发项目和微重力重点实验室开放课题的支持。
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