Varmeoverførselseksperiment ankommer til den internationale rumstation

Folk, der designer rumfartøjer, skal prioritere to faktorer:at reducere vægten og håndtere ekstreme temperaturer.

Et nyt eksperiment designet af Purdue University-ingeniører løser begge problemer. Flow Boiling and Condensation Experiment (FBCE), som ankom til den internationale rumstation torsdag (12. august), vil snart fremme videnskaben om varmeoverførsel i mikrogravitation.

"Køretøjer som rumfærgen brugte enfaset køling, som cirkulerer væske gennem rør for at fjerne varme fra flyelektronikken, " sagde Issam Mudawar, Betty Ruth og Milton B. Hollander familieprofessor i maskinteknik, og FBCE's hovedefterforsker. "Men disse systemer er komplekse og tilføjer en masse vægt til rumfartøjet. Det, vi har udforsket, er at bruge to-faset flow, hvilket er mere effektivt og reducerer størrelsen af ​​kølehardwaren."

To-faset flow refererer til to faser af stof - væske og damp - der sker under kogning og kondensering. I en proces kendt som "flow-kogning, "en specialiseret væske strømmer af en varmekilde, hvilket får væsken til at koge og skabe bobler. Disse dampbobler flyder forbi varmekilden, afvis varmen, og derefter kondensere tilbage til væske, som recirkulerer konstant i et lukket system.

Det er en meget effektiv og velundersøgt proces, men et aspekt forbliver ukendt:er flowkogning i rummet lige så effektivt som flowkogning på Jorden?

For at finde svaret, Mudawar dannede et forskningspartnerskab med NASAs Glenn Research Center. Hans team designede og byggede et eksperiment for at teste flowkogning og kondensation i mikrogravitation, og i 2012 sendte holdet det på "brækkometen, "et fly, der simulerer perioder på 15-17 sekunders mikrotyngdekraft ved at flyve op-og-ned-parabler.

"Vi opdagede, at ved visse strømningshastigheder, mikrotyngdekraft reducerede faktisk mængden af ​​varmeflux med op til 50 %, " sagde Mudawar.

I samarbejde med kolleger på Glenn Research Center, Mudawars team fortsatte med at justere flere faktorer i processen, og i de næste par år, sendte eksperimentet flere gange op på parabolflyvninger med Zero Gravity Corporation (ZERO-G). Purdue-elever var ombord for at betjene udstyret.

"Vores mål har altid været at opnå designspecifikationer for eksperimentet, der rent faktisk skal udføres i rummet, " sagde Mudawar.

Forskerne fik deres ønske tidligere i år. Mudawar og hans kolleger ved Glenn Research Center havde arbejdet på en mindre udgave af eksperimentet, der skulle passe ind i et specifikt stativ på den internationale rumstation. I marts, de bekræftede, at dette nye eksperimentmodul, FBCE, havde bestået alle NASAs sikkerheds- og beredskabsvurderinger og var klar til at blive opsendt.

"Det er ikke en lille opgave, " sagde Mudawar. "Hvert enkelt strukturelt element skal optimeres til vægt og størrelse. Hver enkelt skrue skal evalueres og certificeres. Det er faktisk en god forberedelse til at forsøge at gøre fremtidens rumfartøjer lettere, hvilket er det, vi forsøger at opnå!"

På tirsdag, en Antares-raket opsendt fra Mid-Atlantic Regional Spaceport på Wallops Island, Virginia. På toppen af ​​raketten var et Northrop-Grumman Cygnus rumfartøj med 3, 000 pund af forsyninger til astronauterne ombord på ISS, samt FBCE og tre andre videnskabelige eksperimenter. Cygnus lagde til kaj med ISS torsdag. Astronauter vil snart køre det videnskabelige udstyr gennem operationelle beredskabsvurderinger og, senere på året, vil begynde at udføre eksperimentet.

"Dette er virkelig en milepæl for Purdues rumforskning, " sagde Mudawar. "Jeg har haft 14 Ph.D. studerende og en kandidatstuderende arbejder sammen med mig på dette projekt i løbet af det sidste årti. Og samarbejdet med Glenn Research Center har været et perfekt partnerskab. Dette vil være det største faseændringseksperiment, der nogensinde er udført i rummet. Forhåbentlig, hvad vi lærer af dette eksperiment kan bruges til at gøre fremtidige rumfartøjer mere effektive, og sætte os i stand til at gå til månen, Mars og videre."