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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