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第1章 微重力科学概论&胡文瑞1

1.1微重力环境及其效应1

1.1.1微重力环境1

1.1.2微重力效应2

1.2微重力科学的内涵5

1.2.1微重力流体物理6

1.2.2微重力燃烧科学7

1.2.3空间材料科学8

1.2.4空间生物技术9

1.2.5空间基础物理9

1.3微重力科学的研究方法11

1.3.1理论和数值模拟研究11

1.3.2小Bond数模拟实验11

1.3.3自由落体设施实验12

1.3.4抛物线飞机实验13

1.3.5微重力火箭实验13

1.3.6卫星实验14

1.3.7有人操作的微重力实验15

参考文献16

第2章 基本方程组和边界条件&唐泽眉19

2.1引言19

2.1.1流体的位形19

2.1.2重力的分层、静压和浮力效应19

2.1.3残余重力和重力跳动20

2.2毛细及界面现象20

2.2.1自然界的毛细现象20

2.2.2表面张力21

2.2.3润湿、接触角27

2.2.4毛细现象31

2.3基本方程31

2.3.1连续方程32

2.3.2运动方程33

2.3.3能量方程36

2.4微重力流体的基本方程组和定解条件38

2.4.1自由流的Boussinesq近似38

2.4.2微重力流体的基本方程组44

2.4.3无量纲基本方程组45

2.4.4定解条件47

2.4.5微重力流体力学有关的物理量和无量纲参数55

2.5主要求解方法56

2.5.1线性稳定性分析方法57

2.5.2能量稳定性分析方法61

2.5.3直接数值模拟62

参考文献63

第3章 微重力条件下的自然对流&胡文瑞66

3.1引言66

3.1.1两类微重力环境中的自然对流66

3.1.2液滴迁移和其他69

3.1.3理论和实验研究方法69

3.2 Pearson不稳定性70

3.2.1 Pearson不稳定性的摄动理论70

3.2.2 Pearson不稳定性的理论70

3.2.3多层液体系统的Pearson不稳定性73

3.2.4空间实验76

3.3热毛细对流中的热流体波不稳定性78

3.3.1无限延伸液层的热流体波不稳定性78

3.3.2液池中热毛细对流的起振过程82

3.3.3液池的热毛细对流实验85

3.4半浮区中的热毛细对流86

3.4.1初期研究86

3.4.2液桥几何参数的影响87

3.4.3 Prandtl数的影响90

3.4.4三维流场92

3.4.5液桥自由面的振荡94

3.4.6空间微重力实验96

3.4.7转捩到湍流的过程98

3.5微重力液滴动力学100

3.5.1等温液滴动力学100

3.5.2单个液滴的热毛细迁移108

3.5.3多个液滴或气泡的热毛细迁移114

参考文献121

第4章 气-液两相流动与相变传热&赵建福127

4.1引言127

4.2池内沸腾128

4.2.1沸腾类型128

4.2.2池内沸腾模式与传热曲线129

4.2.3池内核态沸腾131

4.2.4临界热流136

4.3气-液两相绝热流动140

4.3.1流动结构／流型140

4.3.2无量纲参数与相似准则143

4.3.3流型转换模型与流型图144

4.3.4摩擦压降149

4.4强迫流动沸腾153

4.4.1流动状态153

4.4.2重力效应155

4.5凝结157

4.5.1凝结模式157

4.5.2 Nusselt蒸气层流膜状凝结分析解157

4.5.3微重力膜状凝结160

参考文献161

第5章 微重力复杂流体&孙祉伟 徐升华165

5.1引言与背景165

5.1.1基本背景165

5.1.2胶体粒子受的力168

5.1.3粒子间的流体动力学相互作用171

5.2胶体粒子的聚集过程和胶体的稳定性173

5.2.1布朗运动173

5.2.2分散与聚集174

5.2.3聚集的微重力研究176

5.3胶体的无序-有序相变182

5.3.1基本背景182

5.3.2硬球胶体晶体184

5.3.3带电粒子胶体晶体187

5.3.4液晶相变191

5.4关于复杂流体的其他一些研究内容192

5.4.1等离子体尘粒晶体（胶体等离子体晶体）192

5.4.2磁流变流体194

5.4.3泡沫动力学195

5.4.4颗粒物质197

5.4.5乳状液体系的分层、稳定性研究199

5.4.6石油组分热扩散特性的研究和Soret系数的测量200

5.4.7长链分子聚合物特性201

参考文献201

第6章 微重力燃烧&张孝谦211

6.1引言211

6.2气体扩散火焰212

6.2.1重力对层流气体射流扩散火焰的影响212

6.2.2层流气体射流扩散火焰213

6.2.3蜡烛火焰218

6.3预混气体火焰225

6.3.1相关时间尺度的比较225

6.3.2可燃极限226

6.3.3火焰球229

6.4火焰沿固体可燃物表面的传播231

6.4.1火焰传播过程及火焰结构概述232

6.4.2微重力环境中的火焰传播233

6.4.3几个相关的尺度233

6.4.4微重力状态下逆向流动中的火焰传播235

6.4.5环境压力对火焰传播的影响236

6.4.6环境中气体成分的辐射特性对火焰传播的影响237

6.5载人航天器舱内安全防火技术238

6.5.1载人航天器舱内安全防火的原则239

6.5.2载人航天器的安全防火工作239

6.5.3与安全防火直接有关的微重力环境中燃烧基本规律的研究248

6.6液滴燃烧257

6.6.1液滴燃烧的理论分析和数值模拟257

6.6.2微重力状态下的实验研究259

参考文献260

第7章 空间材料科学&王育人275

7.1前言275

7.1.1研究概述275

7.1.2发展简史278

7.1.3空间材料科学设备285

7.1.4空间材料科学展望290

7.2固-液相变与材料制备290

7.2.1凝固过程290

7.2.2熔体晶体生长299

7.3溶液晶体生长301

7.3.1空间溶液晶体生长概述301

7.3.2蛋白质晶体生长302

7.3.3沸石晶体生长305

7.3.4 α-Li1O3晶体生长307

7.3.5空间溶液晶体生长前景展望307

7.4材料加工与热物性参数测量308

7.4.1微重力下热物性参数测量概述308

7.4.2有容器法：扩散系数及热导率310

7.4.3无容器法：电导率、密度和热膨胀系数、比热、表面张力和黏度311

7.4.4微重力下热物性参数测量面临的发展前景313

7.5胶体晶体与光子晶体313

7.5.1胶体晶体与光子晶体概述313

7.5.2主要科学问题314

7.5.3典型研究例子315

参考文献315

第8章 空间生物技术&龙勉 孙树津 霍波323

8.1引言323

8.1.1空间细胞／组织培养技术323

8.1.2空间蛋白质晶体生长和生物分离技术325

8.1.3空间细胞融合技术325

8.2空间细胞／组织培养326

8.2.1空间细胞／组织培养的基本概念和技术要求326

8.2.2地面微重力效应模拟实验技术333

8.2.3空间细胞／组织培养的模型模拟研究335

8.3空间蛋白质晶体生长341

8.3.1基本概念341

8.3.2空间实验装置344

8.3.3空间蛋白质晶体生长346

8.4空间细胞力学-生物学耦合及其调控350

8.4.1细胞对（微）重力的生物学响应350

8.4.2（微）重力影响细胞的生物学功能357

8.4.3（微）重力下细胞力学-生物学耦合及其调控359

8.4.4未来展望361

参考文献363

第9章 空间基础物理372

9.1相对论与引力理论的空间实验检验&张元仲372

9.1.1弱等效原理实验检验373

9.1.2物体的自转与引力场的耦合374

9.1.3牛顿引力反平方定律的实验检验376

9.1.4相对论效应的实验验证377

9.2微重力环境下冷原子物理及其应用&刘亮 王育竹378

9.2.1微重力环境下冷原子物理379

9.2.2原子干涉仪381

9.2.3空间冷原子钟382

9.3微重力条件下的临界现象实验&聂玉昕386

9.3.1引言386

9.3.2微重力实验386

9.3.3进一步的研究计划389

参考文献391