СТРУКТУРА ТЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ В ОБЪЁМЕ ПРИ КИПЕНИИ В НЕВЕСОМОСТИ

© А.В.Корольков, А.В.Путинцев, В.Б.Сапожников
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и проблемы космического производства"
2011 г.

В докладе приводится математическая модель и результаты вычислительного эксперимента по изучению структуры течения жидкости в объёме под воздействием упруго-инерционных колебаний растущего в начале кипения парового пузыря в условиях полной невесомости с целью определения установившегося режима кипения.

При кипении жидкости условиях полной невесомости возбуждаются колебания парового пузыря, связанные с упругостью пара и инерционностью массы жидкости, оттесняемой паровым пузырём (см. А.В. Корольков, С.К. Коротаев, В.В. Савичев, И.П. Свириденко. Исследование механизма отрыва паровой фазы при поверхностном кипении жидкости // Поверхность, рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. М., 2001, №9, с 90–95). В обычных земных условиях подавляющую роль в формировании течения жидкости играют силы плавучести, они обеспечивают отвод паровых пузырей от поверхности нагревателя, они же определяют режим кипения — пузырьковый, или плёночный. Упруго-инерционные колебания парового пузыря можно наблюдать при пузырьковом кипении в условиях пониженной гравитации.

Расчетным экспериментом установлено, что в условиях полной невесомости, при полном отсутствии сил плавучести колебания парового пузыря на поверхности нагревателя являются определяющими при формировании структуры течения жидкости в объёме, могут привести к реализации пузырькового режима кипения и даже обеспечить отвод парового пузыря от поверхности нагревателя. Период колебания парового пузыря на поверхности нагревателя зависит от формы сосуда, положения свободной поверхности жидкости относительно центра кипения, интенсивности парообразования. При пузырьковом режиме кипения течение жидкости в объёме формируется таким образом, что обеспечивает подток жидкости к центру кипения и отвод парового пузыря от центра кипения к свободной поверхности. В земных условиях такая вихревая структура формируется силами плавучести. В условиях невесомости вихрь может быть сформирован колебаниями растущего на поверхности нагревателя парового пузыря. В докладе показано, что характер установившегося режима кипения (пузырьковый или плёночный) зависит от соотношения интенсивности потока жидкости в вихревой структуре и интенсивности парообразования в центре кипения.