11:02 2023-02-05
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Experimente pentru a completa înțelegerea științifică a modului în care gravitația redusă afectează fierberea și condensarea
_ Experimente pentru a completa înțelegerea științifică a modului în care gravitația redusă afectează fierberea și condensul
Cu temperaturi pe Lună variind de la minus 410 până la 250 de grade Fahrenheit, este o subestimare să spunem că oamenii vor avea nevoie de habitate cu căldură și aer. condiționarea pentru a supraviețui acolo pe termen lung.
Dar sistemele de încălzire și răcire nu vor fi suficient de eficiente pentru a sprijini habitatele pentru explorarea lunară sau chiar călătorii mai lungi pe Marte fără a înțelege ceea ce a redus gravitația afectează fierberea și condensarea. Inginerii nu au reușit să descopere această știință – până acum.
„Fiecare frigider, fiecare sistem de aer condiționat pe care îl avem pe Pământ implică fierbere și condensare. Aceleași mecanisme sunt, de asemenea, predominante în numeroase alte aplicații, inclusiv centrale electrice cu abur, reactoare nucleare și atât industriile chimice, cât și cele farmaceutice”, a declarat Issam Mudawar, Betty Ruth de la Universitatea Purdue și profesor de inginerie mecanică în familie Milton B. Hollander. „Am dezvoltat o înțelegere de peste o sută de ani a modului în care funcționează aceste sisteme în gravitația Pământului, dar nu am știut cum funcționează în imponderabilitate.”
O echipă de ingineri de la Purdue condusă de Mudawar. , care colaborează cu Centrul de Cercetare Glenn al NASA din Cleveland, a petrecut 11 ani dezvoltând o instalație pentru a investiga aceste fenomene.
Unitatea se numește Flow Boiling and Condensation Experiment (FBCE). Proiectele inițiale au fost testate în laboratorul de cercetare fără greutate al Zero Gravity Corporation (Zero-G), un Boeing 727 special modificat care efectuează manevre parabolice pentru a crea gravitații reduse pe Lună și Marte, precum și condițiile de lipsă de greutate din spațiu.
În urma testelor în zbor, NASA Glenn și Divizia de Științe Biologice și Fizice a agenției au asistat echipa lui Mudawar în crearea unei versiuni mai mici a experimentului care să se potrivească în Rack-ul Fluids Integrated de pe Stația Spațială Internațională. După ce a trecut de recenziile NASA privind siguranța și pregătirea, FBCE s-a lansat pe stația spațială în august 2021 și de atunci i-a ajutat pe cercetători să înceapă să dezvăluie misterul cum funcționează fierberea și condensarea în mediile extreme ale spațiului.
Aceste răspunsuri. sunt date pe care echipa le colectează din două seturi de experimente FBCE care au loc pe stație. În iulie anul trecut, primul experiment al instalației a terminat de adunat toate datele despre care Mudawar spune că oamenii de știință trebuie să înțeleagă modul în care gravitația redusă afectează fierberea. În lunile următoare, echipamentul pentru cel de-al doilea experiment va fi lansat în laboratorul care orbitează, ca parte a misiunii de servicii comerciale de reaprovizionare Northrop Grumman pentru NASA (NG-19) pentru a colecta date despre cum se produce condensul într-un mediu cu gravitație redusă.
Ambele experimente care alcătuiesc instalația vor rămâne pe orbită până în 2025, permițând comunității de fizică a fluidelor în general să profite de aceste date.
„Suntem gata să închidem literalmente cartea pe ansamblu. știința curgerii și a fierberii în greutate redusă”, a spus Mudawar. „Astronauții de pe Lună vor avea nevoie de sisteme de aer condiționat, sisteme de refrigerare și multe alte sisteme care toate necesită fierbere și condensare. Datorită noii înțelegeri pe care le-am primit din datele care arată modul în care aceste fenomene sunt influențate de gravitația redusă, suntem capabili să oferim îndrumări asupra modului în care se dimensionează echipamentul, cum să-l proiecteze eficient și cum să îi prezică performanța.”
Cercetătorii pregătesc o serie de lucrări de cercetare care despachetează datele colectate de FBCE pe Stația Spațială Internațională, adăugând la peste 60 de lucrări pe care le-au publicat despre imponderabilitate și fluxul de fluide de la testarea instalației lor pe zboruri Zero-G la începutul proiectului.
„Lucrările pe care le-am publicat pe durata acestui proiect sunt într-adevăr aproape ca un manual despre cum să folosiți fierberea și condensarea în spațiu”, a spus Mudawar. „De mai bine de 60 de ani, de la începutul zborului spațial, domeniul știe că fierberea și condensarea ar fi ideale pentru spațiu, dar încercările anterioare de a studia aceste concepte în microgravitație nu au avut succes.”
În fiecare deceniu, Academiile Naționale publică un raport care ghidează NASA, Casa Albă și Congresul în domeniile de cercetare pe care să le acorde prioritate pentru finanțare în următorii 10 ani. În raportul din 2011, numeroși oameni de știință au recomandat ca rolul gravitației în controlul comportamentului vapor-fluid să fie considerat una dintre acele priorități pentru explorarea spațiului. Proiectul FBCE a fost creat ca răspuns la raportul decenial.
Cu cât misiunile sunt mai îndepărtate de Pământ, cu atât este mai probabil ca nava spațială pentru aceste misiuni să aibă nevoie de energie nucleară. În comparație cu alte tipuri de procese care permit încălzirea și răcirea în spațiu, fierberea și condensarea sunt mult mai eficiente în transferul de căldură pentru aceste vehicule și habitate cu propulsie nucleară. Fierberea și condensarea ar permite, de asemenea, sistemelor de căldură, ventilație și aer condiționat să fie mai compacte și mai ușoare.
Din anii 1970, Mudawar a lucrat pentru a face posibilă utilizarea fierberii și a condensului pentru a combate transferul de energie și temperatură. provocări de control pentru o gamă largă de sisteme. Exemplele includ sisteme cu turbine de înaltă temperatură, supercalculatoare, centre de date, avionică, electronice de putere pentru vehicule hibride, pile de combustibil cu hidrogen, tratare termică cu aliaje metalice, acceleratoare de particule și reactoare de fuziune.
Conform lui Mudawar, FBCE este primul set de experimente pentru a furniza date care sunt suficient de extinse și sistematice pentru a dezvolta modelele de care inginerii au nevoie pentru a proiecta tot felul de sisteme spațiale folosind fierbere și condensare în greutate redusă.
„Acum avem o bază pentru comparare și contrastare. date atât pentru gravitația Pământului, cât și pentru gravitația redusă, în căutarea instrumentelor de modelare care pot fi aplicabile unei game largi de gravitații”, a spus Mudawar.
Mudawar și studenții săi au dezvoltat trei seturi de instrumente de predicție în trecut. 11 ani pe baza datelor FBCE. Un set de instrumente pune datele sub formă de ecuații pe care inginerii le pot folosi pentru a proiecta sisteme spațiale. Un alt set identifică informații fundamentale despre fizica fluidelor din date, iar cel de-al treilea set este modelele computaționale ale dinamicii fluidelor.
Toate împreună, aceste modele ar face posibil să se prezică ce modele de echipamente ar putea funcționa în luna și luna. Gravitația marțiană.
FBCE este cel mai mare și cel mai complex experiment al NASA pentru cercetarea fizicii fluidelor. Între februarie și iulie anul trecut, instalația a efectuat cu succes 234 de teste, producând aproape 3.800 de puncte de date și un număr egal de înregistrări video de mare viteză.
Peste 35 de ingineri și tehnicieni din diferite echipe din NASA Glenn au a lucrat la acest proiect, ajutând la transformarea conceptelor de design de la Mudawar și studenții săi într-o instalație care ar putea fi instalată în stația spațială. Aceste echipe au inclus echipele Glenn de Inginerie FBCE, Asigurarea siguranței și misiunii, Știință, Software și Tehnicieni și echipe de operațiuni ale instalațiilor de combustie și fluide.
Cincisprezece doctorat Purdue, trecut și actual. studenții l-au asistat pe Mudawar în toate aspectele muncii în colaborare cu NASA. Doi doctoranzi Purdue, V.S. Devahdhanush și Steven Darges, au asistat la monitorizarea experimentelor pe stația spațială printr-o stație de lucru dedicată instalată la Purdue. Echipa Purdue a oferit, de asemenea, recomandări pentru îmbunătățirea condițiilor de funcționare pentru testele ulterioare, pentru a îmbunătăți continuu randamentul științific per test.
Datele de la FBCE ar beneficia nu numai de sistemele spațiale, ci și de tehnologia de pe Pământ. Folosind lecțiile pe care le-au învățat despre fierbere din aceste date, Mudawar și echipa sa au inventat un nou design de cablu de încărcare pentru vehiculele electrice care le-ar permite să se încarce în mai puțin de cinci minute. Cele mai avansate cabluri de încărcare din ziua de azi durează mai mult de 20 de minute pentru a încărca un vehicul electric. O cerere de brevet pentru această invenție a cablului de încărcare rapidă a fost depusă prin intermediul Biroului pentru Comercializare Tehnologică a Fundației de Cercetare Purdue.
„Vantitatea de date care iese din FBCE este absolut enormă și exact asta vreau", a spus Mudawar.
Comentarii:
Adauga Comentariu