[doc] 失重状态下圆环形容器内液体的液面形状
分析
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失重状态下圆环形容器内液体的液面形状
分析
1991年强度与环境第2期(总82)
失重状态下圆环形容器内液体
的液面形状分析
华东工学院
文摘航天器在外层空间飞行时处于失重状态,自由液面的张力直接影响
其内部液体的静动力学特性.本文分析失重状态下圊环形容器内液体的静止自
由液面形状,导出了液面状的计算公式,井给出了液面位置与液体体积之间
的关系式.
主题词失重环境圊环形容器流体控制界面张力自由液面
一
,引言
航天器内液体静动力学特性及其对控制系统的影响,是当前航天高技术研究的重要
.失重时,自由液面张力对液体的静动力学特性有着重要影响 课题
[~-81.对于圆
柱形和球形容器,失重液体的自由液面呈球面,这已是我们共知的事实,但对于圆环形
容器则不能得出同样的结论.
二,计算公式
考察如图1所示的直立圆环形容器,内充有体积为,密度为p的液体,设液体在自
由液面的约束下充满各器壁交角,容器内的液体与自由液面上方的气体(亦可是另一种
液体)无混杂现象,且液体中无任何气泡,自由液面与器壁的接触角为0(0?0?).
由液面平衡条件可知,作用于自由液面两侧的压力差应满,~_La的边界条件来确定
l.=一Ctan0,『=Ctan0(7)
式中rt和r:是圆环形容器的内外环半径.
若令=r/r2,1=It1/r2,2=1,F()=,()/r2,L=l/r2,V=v/r2.,
由(6),(7)两式可解得
一
(
J:ll=R一器
由上式得到无量纲的液面方程为
F()=J:.T南dR??1
在(8)式中,若令R.=0,则可得柱或球形容器内的自由液面形状,
的第一分式应为+】.=0,其解析结果为一球面.
(8)
(9)
这时(7)式
对于本文所研究的圆环形容器,自由液面的最低位置(对于0?0</2)
或最高位
置(/2<0?)的坐标.必满足
盟:0R:R
d.Rua
将(8)式代人上式得到
R.=-一
上式
表
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明.与成抛物线关系,.的大小只决定于而与接触角0无关.
(0一t)+2R0=R1+1,所以必有
0?(1+R1)/2
上式表明自由液面的最低点(对于0?0</2)或最高点(/2<0?)
的内壁.图2和图3分别是R=0.2和R=0.4时的液面形状.
(1O)
(11)
由上式可知
(12)
总是偏靠容器
液面在容器内的实际位置是由液体体积的大小所决定的,由(8)式可
得下面关
系武
胆n
叶叫
])
譬
“H
1[
(1
IIII
』.T-_d—一
_F(1)F(RI)-2』RF(R)dR(13)
由图l可知=(1一t)L+RF(R)dRdO04)
若夸s=一jd+F(1)-R,2F(RI)(15)
则液面最低点(对于O?0</2)或最高点(/2<e?)距容器底面的无
量纲距离为
图2
图4
图8
L=(/一S)/(1一1z)(16)
图4给出了对于不同的o,s与.的
一
些关系曲线.计算表明,对于任意的
,当0?O<不/2时,总有S>o,当不/2
<o?时,总有S<o,且有s(o)=
一
S(一0),这是因为当o?0</2时,
液面是下凹的,而当/2<0?时,液面
是上凸的.此外,由(16)式可知,对于
确定的容器和液体体积,S越大则厶毡小,
而从图4可知,当0?0<~/2时,e越小S
越大,因而0越小则工越小,这说明0越小
液面越弯曲.
参考文献
[1]黄怀德,低重力环境下的液体晃动研究,宇航,1980年第1期,7l一84.
[2]Petrash,D.A.etaI,Exper/mentalstudy0ftheeffectsof
wejghtIessness0]2theConfigurationofmercuryanda~eohoI
inspericaltanks,NASATN—D一1197,1962.
25
[8)Kitchens,C.W.,Jr.,NaYier—Siokesequationsforspin—up
inafilledcylinder,AIAAJ.,VOI.18,Aug.,1988,929—934.
[4]周叮,丁文镜,微重力状态下旋转对称刚性容器中液体晃动研究,上海力学,
1987年第1期,3t一41.
(15]周叮,丁文镜,微重力状态下旋转对称刚性容器中液体的晃动响应,上海力
学,1989年第1期,34,42.
[6)周叮,微重力状态下旋转对称刚性容器中液俸晃动阻尼的计算,强度与环境,
1988年第5期,43—47.
TheAnalysisofSurfaceShapeofLiquidinAnnular
CircularTankatZero——gravityEnvironment
ZhotiDing
EastChinaInstituteofTechnology
(上接第8页)
VolumeIITheDesignProcess,DS一60181-2)
Volume11ISupportoftheDesignProcess,D6—60181—3}
Volume?IPADSystemDesign,D6—60181—4.
C2]ExcellenceThroughCornputerIntegratedMantifacturing,Procee’
dingsofManufaettiringlndtistryConferenee,Taipei,Taiwan,
June8—10,1987.
[8]F.Vernadat,AConcepttialSchemaforaCIMDatabase,AU—
TOFACT6Conference,Anaheim,CA,OctoberI一4,1984.
26
TheInformationStructureinCIMS
WangShaopingDongChun
BeijingInstituteofInformationandControl