ОСОБЕННОСТИ ПОВЕДЕНИЯ ДВУХФАЗНЫХ СРЕД УСЛОВИЯХ, БЛИЗКИХ К НЕВЕСОМОСТИ

© В.В.Савичев, А.В.Корольков, A.M.Ветошкин
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и проблемы космического производства"
2000 г.

На борту космического аппарата (КА) нет полной невесомости. Малые остаточные ускорения возбуждаются взаимодействием КА с окружающей средой, колебаниями корпуса станции, случайными толчками при работе бортовых систем и деятельности экипажа. Эти остаточные ускорения переменны во времени. В каждой точке КА суммарный вектор остаточных ускорений, характеризующий гравитационное состояние в этой точке, испытывает эволюционное (непрерывное) изменение своей величины и направления. Эволюция вектора остаточных ускорений является важнейшим фактором, влияющим на процессы тепло- и массопереноса, реализуемые в условиях орбитального космического полета.

Сложное эволюционное изменение вектора малых остаточных ускорений складывается из совокупности элементарных периодических пространственно-временных возмущений различной частоты и амплитуды. Можно рассматривать каждую такую составляющую как самостоятельный фактор, воздействующий на гидродинамическую систему. Это воздействие определяется соотношением характерных времен (например, периода изменения направления или величины составляющей вектора ускорения и характерного времени гидродинамической системы). У каждой гидродинамической системы может быть несколько характерных гидродинамических времен, связанных с различными гравитационно зависимыми физическими явлениями (например, тепловая гравитационная конвекция, концентрационная гравитационная конвекция, конвекция, вызванная разностью плотностей жидкостей в двухжидкоетной системе, и др.). Если характерное время изменения компоненты вектора ускорения много больше характерного гидродинамического времени, то данная компонента вызывает развитие данного физического явления как в условиях постоянного ускорения. Если же характерное время изменения компоненты вектора ускорения много меньше характерного гидродинамического времени, то физическое явление не чувствительно к воздействию данной компоненты. Если характерные времени сравнимы, то возбуждаются интенсивные конвективные течения сложной структуры. Причем возможны существенные превышения интенсивности конвективных течений по сравнению с интенсивностью конвекция в постоянном поле вектора ускорения с теми же абсолютными значениями ускорений.

Для двухфазных сред или систем двух несмешивающихся жидкостей можно выделить несколько основных характерных времен: время развития тепловой и концентрационной конвекции в каждой из жидкостей, входящих в систему, а также характерное время взаимного перемещения различных по плотности несмешивающихся жидкостей под воздействием сил плавучести. Различные сочетания отношений характерных гидродинамических времен и времен, характеризующих эволюцию вектора ускорения, рождают причудливые структуры течений различной интенсивности переноса вещества и тепла.