多相流的传质和传热：复杂流体是一种分散体系,它指的是具有一种或几种分散相的物质体系,也有人称之为软物质.在重力条件下,复杂流体的

3.2 多相流的传质和传热
　　微重力气/液两相流动与传热研究的主要对象包括两相流动的流型､沸腾与冷凝传热､混合与分离等现象,对我国载人航天技术(如航天器热与流体管理系统､空间站与深空探测器等大型航天器动力系统､载人航天器环控生保系统以及空间材料制备与空间生物技术实验等)的发展有直接的应用价值.在微重力环境中,重力作用被极大地抑制甚至完全消除,更能凸显气､液､固相间的传递机制,便于更深刻地揭示其流动与传热机理.借助于微重力气液两相流动与传热的深入研究,对我国实现能源战略需求和地面常重力环境中的石油､化工､制造等相关技术开发与应用也有重要指导意义.3.3 复杂流体
　　复杂流体是一种分散体系,它指的是具有一种或几种分散相的物质体系,也有人称之为软物质.在重力条件下,复杂流体的许多行为特征会受对流､沉降､分层等干扰,而微重力条件则有助于研究在地面上被重力作用所掩盖的过程,特别是分子间的相互作用力.微重力复杂流体研究包括:胶体的聚集和相变研究;悬浮液和乳状液的稳定性研究;复杂等离子体的结晶研究;气溶胶的稳定性和聚集行为研究;对颗粒体系本征运动行为的研究;临界点现象的研究;以及材料制备､石油开采和生物流体的相关问题研究.随着人类深空探测活动的展开,对不同重力场中分散体系物质的操作与输运的要求,以及对其运动规律认知的需求十分迫切.空间科学实验不仅能够使我们获得新的科学知识,而且其科学成果对于地面材料及器件制备工艺的创新具有重要指导意义.对复杂流动现象的研究在材料设计中起到了切实的作用,如对复杂流体自组织现象的研究成果已经应用于纳米结构材料和器件的研制.近年来,复杂流体(软物质)的力学和物理学,接触角､接触线和浸润现象等与物理化学密切相关的领域也越来越受到关注[6].
　　3.4 近期的空间实验
　　随着国际空间站的逐步安装,国外微重力空间实验的项目将逐步进行.目前己经纳入计划中的项目有:
　　●毛细流动:不同形状､介质､浸润性､流体管理;
　　●热毛细对流;
　　●流体的梯度涨落;
　　●Soret 系数测量;
　　●近临界和超临界流体;
　　●蒸发和冷凝过程:流体的热管理;
　　●沸腾传热;
　　●颗粒材料行为;
　　●胶体和乳剂聚集和稳定性;
　　●泡沫稳定性.
　　“十一·五”期间,国家安排了进行空间微重力科学和空间生命科学研究的“实践-10”卫星,将完成10项微重力科学的空间实验.这些实验包括空间热毛细对流､具有蒸发界面的对流､颗粒材料物理､沸腾传热､复杂流体的结晶等流体物理空间实验项目.同对,在载人航天工程第二阶段中,还要安排半浮区液桥､多液滴相互作用､复杂流体稳定性､多相流传热等空间实验项目.我国的微重力流体物理已有较好基础,将会做出较大贡献.
　　微重力流体物理所涉及的许多过程与微尺度流动中的过程有许多相似性,引起人们的兴趣.以中国科学院力学研究所国家微重力实验室为主的流体物理研究有不少建树,获得国际同行的好评.
　　
　　4 燃烧科学
　　
　　燃烧是一门古老的学科,而地面的燃烧过程都是和浮力对流密切耦合在一起的,给模型化研究增加了难度.微重力条件下基本上没有浮力对流的影响,为研究燃烧的化学反应过程提供了极好的机遇.1957年,东京大学Kumagai教授的0.5s落塔实验研究了乙醇棉球的微重力燃烧过程,开创了微重力燃烧的实验研究和利用落塔进行微重力实验的时代.落塔设施己成为进行微重力燃烧实验的有力工具.
　　微重力燃烧涉及了地面燃烧学的主要领域,美国国家航空和空间署将微重力燃烧作为重要的研究方向,欧洲和日本空间局也十分重视.几乎地面主要的燃烧过程都进行了空间微重力实验,诸如预混气体燃烧､气体扩散燃烧､液滴燃烧､颗粒和粉尘燃烧等,并研究了典型气体环境中燃料表面的点火和传播,流动过程与燃烧的耦合等,发现了一些新现象,例如燃烧的分散球状分布等.在许多微重力燃烧过程中,除了通常的吹熄极限,还有辐射损失引起的冷熄极限,这只能在微重力环境中才能观测到.微重力燃烧的研究除了具有重大的机理意义以外,还在于:利用对燃烧过程的深刻理解,改进地面燃烧过程的效益;利用对燃烧产物的进一步分析,改进地面燃烧产物污染环境.中国的能源将在较长时间内以煤作为主要燃料,应加强微重力煤燃烧的研究[7].
　　载人飞行器的安全防火是微重力燃烧的重大课题,自从阿波罗1号飞船在地面着火,烧死3名宇航员后,美国国家航空和空间署就把防火安全作为载人航天的首要问题.特别是今后的长期载人飞行任务,使防火任务更加严重.需要研究典型气体氛围下沿固体表面的着火条件､火焰传播过程和熄火条件;还要研究闷烧的各种条件.除进行相应的模拟研究外,还要进行大量的落塔实验,对逐个上天的非金属材料和某些金属材料进行典型气体环境下的燃烧实验.同时,还需要制订载人飞行器的防火规范.美国和俄罗斯各自建立了他们的载人航天材料筛选和防火规范,但载人航天器中的着火事件仍有发生.因为载人航天器内存在着火的条件,问题不可能完全解决.特别是在载人探索火星等长时间飞行任务中,防火规范还是一个需要进一步探讨和研究的课题[8].
　　中国科学院工程热物理研究所和力学研究所进行了一些微重力燃烧的研究工作.近年来,清华大学和华中科技大学等煤燃烧重点实验室开始关注微重力的煤燃烧研究.在“十一·五”期间,非金属材科燃烧､导线的烧燃､煤的燃烧等项目己列入空间实验计划,应能取得好的结果.
　　





　　5 材料科学
　　
　　空间材料科学曾是微重力科学中耗资最大的领域,材料科学各分支领域的学者都希望在空间微重力环境中去研究凝固过程的机理和制备高质量的材科.空间微重力环境是制备､研究多元均匀块体材料的最佳场所,其主要特征就是消除了因重力而产生的沉降､浮力对流和静压力梯度.由于浮力减弱,密度分层效应的消失,可以使不同密度的介质均匀地混合.由于空间微重力环境中静压力梯度几乎趋于零,因而能提供更加均匀的热力学状态.这种条件更有利于研究物质的热力学本质和流体力学本质,探索､研制新型的材料和发现材料的新功能.目前空间材料科学研究的重点是利用空间实验的成