微重力气液两相流动与传热

微重力条件下的气液两相流动与传热现象不仅在航天科技领域有重要的应用前景，而且由于抑制了重力和两相密度差所引起的浮力分层与相间滑移等因素的干扰，能够简化流动复杂性，突出流动中经由液气界面产生的相互作用，对揭示气液两相流动与传热现象内在控制机理极为有利，因此得到国际航天工程界和微重力流体力学界的高度重视，是目前相当活跃的研究前沿领域之一。中国科学院国家微重力实验室自20世纪90年代中期创建伊始，即将微重力气液两相流动与传热作为主要研究方向之一，先后完成了"和平号"空间站气液两相流实验、IL-76失重飞机气液两相流实验、第22颗返回式卫星和实践8号育种卫星搭载池内沸腾实验、NML落塔池内沸腾实验、NML落塔燃料电池内部气液两相流动及其电性能实验(与北京工业大学合作)等微重力实验研究项目，并通过地面对比实验及深入的数据分析和理论探索，得到如下结果：\newline (1)管内绝热气液两相流：首个长期、稳定微重力条件下圆管气液两相流型图和低重力条件下方管气液两相流型图，预测微重力气液两相弹状流－环状流转换的半理论Weber数模型，低重力条件下方管气液两相流摩擦压降数据及一个新的预测微重力气液两相泡状流压降的均相流模型等。\newline (2)池内沸腾：不同压力和过冷度条件下丝状表面和平板表面上的微重力池内沸腾传热曲线，临界热流(CHF)数据及其与重力相关的尺度关系，微重力池内沸腾现象中的气泡动力学行为及一个计入Marangoni效应的气泡脱落模型等。\newline (3)燃料电池微细通道气液两相流动：直接甲醇燃料电池(DMFC)内CO$_2$气泡生成与运动规律及其对燃料电池电性能的影响，H$_2$质子交换膜燃料电池(PEMFC)内水滴的生成与两相流动的发展及其对燃料电池电性能的影响等。\newline 本文首先对上述成果予以详细评述，然后结合该领域国际发展现状与我国航天(尤其是载人航天)事业的发展需求，对我国微重力气液两相流动与传热研究近期的发展趋势予以探讨。

国家自然科学基金(19789201,10202025,10432060,50406010)