Free Surface Flows under Compensated Gravity Conditions

این کتاب رفتار سیالات را در یک محیط کم گرانش با تاکید ویژه بر کاربرد در سیستم‌های PMD (دستگاه مدیریت پیشران) مورد بررسی قرار می‌دهد. در محیط گرانش جبران‌شده یک فضاپیما، فشار هیدرواستاتیک بسته به شتاب باقی‌مانده به مقادیر بسیار پایین کاهش می‌یابد و نیروهای کشش سطحی غالب می‌شوند. در نتیجه، در صورتی که شتاب باقیمانده و فشار هیدرواستاتیک حاصله در مقایسه با فشار مویرگی کوچک باشد، می توان از کشش سطحی برای انتقال و موقعیت مایعات استفاده کرد. یکی از کاربردهای برجسته استفاده از PMD در مخازن ماهواره ای با کشش سطحی است. PMD ها باید اطمینان حاصل کنند که خروجی مخزن با مایع پوشیده شده است هر زمان که نیاز به خروج باشد. علاوه بر این، PMD ها برای اطمینان از دفع و پر کردن مجدد مخازن برای مایعات و گازها برای حمایت از حیات، واکنش دهنده ها و منابع آزمایش استفاده می شوند. از آنجایی که بیشتر طرح‌های PMD روی زمین قابل آزمایش نیستند و بنابراین بر مفاهیم تحلیلی یا عددی تکیه می‌کنند، این کتاب سه مشکل جریان مختلف را با ابزارهای تحلیلی، عددی و تجربی بررسی می‌کند: تغییر کانتور گذرا بین دو پیکربندی سطح ساکن (نوسان‌های سطح آزاد)، افزایش مویرگی در لوله ها (بالا رفتن مویرگی)، و جریان از طریق کانال های مویرگی باز (خفگی). این مسائل توسط مجموعه معادلات و شرایط مرزی یکسانی که برای مدل‌سازی رفتار سیال ضروری هستند و با مجموعه اعداد مشخصه یکسانی به هم مرتبط می‌شوند.

This book considers the behavior of fluids in a low-gravity environment with special emphasis on application in PMD (propellant management device) systems . In the compensated gravity environment of a spacecraft, the hydrostatic pressure decreases to very low values depending on the residual acceleration, and surface tension forces become dominant. Consequently, surface tension can be used to transport and position liquids if the residual acceleration and the resulting hydrostatic pressure are small compared to the capillary pressure. One prominent application is the use of PMDs in surface-tension satellite tanks. PMDs must ensure that the tank outlet is covered with liquid whenever outflow is demanded. Furthermore, PMDs are used to ensure expulsion and refilling of tanks for liquids and gases for life support, reactants, and experiment supplies. Since most of the PMD designs are not testable on ground and thus rely on analytical or numerical concepts, this book treats three different flow problems with analytical, numerical and experimental means: the transient contour change between two static surface configurations (free surface oscillations), the capillary rise in tubes (capillary rise), and the flow through open capillary channels (choking). These problems are linked together by the same set of equations and boundary conditions which are necessary to model the fluid behavior, and by the same set of characteristic numbers.