气体激励式小行星采样与送样特性仿真分析与实验验证
发布时间：2021-05-19 19:42
小行星探测具有无法估量的科学价值和经济效益,美、日、欧多次开展小行星探测活动。2019年4月,中国国家航天局发布首个小行星采样返回探测计划,国内相关科研机构和高校目前正积极开展探测预研工作。采样技术是采样返回探测任务的关键,针对小行星表面微重力、高真空的特殊环境特性,本文提出一种高效可靠的气体激励式小行星采样送样一体化方案,在软件环境中构建仿真模型,数值模拟样品采集过程,研究装置结构参数、小行星物理环境等因素对采集效率的影响,在地面环境下搭建实验台开展实验验证。采用CFD-DEM气固两相流耦合仿真方法数值模拟样品采集过程,在Fluent软件中采用湍流模型模拟气体流动特性,根据实际工况设置材料属性、初始条件、边界条件、求解控制条件等参数。在EDEM软件中定义三种颗粒原型,沉积生成颗粒床模拟小行星表面风化层颗粒分布。构建一级气体激励采样装置简化三维模型作为流体计算域进行耦合仿真实验,研究一级气体喷嘴进气角度与采样效率间的关系,并在后处理模块中对气流和颗粒运动特性进行仿真实验结果分析,提出一级喷嘴最优结构特征。在一级气体激励采样装置基础上添加二级喷嘴和样品输送管道,构建二级联合气体激励采样送...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题来源及研究背景和意义
1.1.1 课题来源
1.1.2 课题研究的背景和意义
1.2 国内外天体采样技术研究现状与分析
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.2.3 研究现状分析
1.3 课题主要研究内容
第2章 CFD-DEM数值模拟方法及工况设置
2.1 CFD数值模拟理论
2.1.1 CFD求解过程
2.1.2 连续相控制方程
2.1.3 CFD数值解法
2.2 Fluent模拟参数及工况设置
2.2.1 Fluent工况设置
2.2.2 ICEM CFD网格划分
2.2.3 Fluent模型选择
2.3 DEM数值模拟理论
2.3.1 颗粒模型
2.3.2 接触模型
2.3.3 离散相控制方程
2.3.4 接触判断算法
2.4 EDEM模拟参数及工况设置
2.4.1 EDEM计算流程
2.4.2 定义原型颗粒
2.4.3 创建颗粒床
2.5 CFD-DEM耦合计算模型
2.6 本章小结
第3章 一级气体激励采样仿真分析
3.1 一级进气角度选优
3.2 采样仿真流场分析
3.2.1 气流分布分析
3.2.2 气流速度分析
3.2.3 气场稳定性分析
3.2.4 气流压力分析
3.3 采样仿真颗粒场分析
3.3.1 颗粒速度分析
3.3.2 颗粒分布状态分析
3.3.3 颗粒收集速率分析
3.4 本章小结
第4章 二级气体激励送样仿真分析
4.1 二级进气角度选优
4.2 送样仿真流场分析
4.2.1 气流分布分析
4.2.2 气流速度分析
4.2.3 气流压力分析
4.3 送样仿真颗粒场分析
4.3.1 颗粒速度分析
4.3.2 颗粒收集速率分析
4.4 小行星环境下二级联合仿真实验
4.5 本章小结
第5章 小行星采样送样装置设计与验证
5.1 总体方案设计
5.2 组成单元详细设计
5.2.1 气动单元
5.2.2 末端采样单元
5.2.3 样品收集单元
5.3 气体激励式采样实验台设计
5.3.1 一级气体激励采样实验台
5.3.2 二级联合气体激励采样送样装置
5.4 地面采样实验验证
5.5 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]近地小天体调查、防御与开发[J]. 刘慧根,赵海斌,周济林. 科学通报. 2020(09)
[2]小行星监测预警、安全防御和资源利用的前沿科学问题及关键技术[J]. 龚自正,李明,陈川,赵长印. 科学通报. 2020(05)
[3]小行星探测发展综述[J]. 张荣桥,黄江川,赫荣伟,耿言,孟林智. 深空探测学报. 2019(05)
[4]小行星探测科学目标进展与展望[J]. 李春来,刘建军,严韦,封剑青,任鑫,刘斌. 深空探测学报. 2019(05)
[5]小天体多目标多模式探测任务设计[J]. 黄江川,李翔宇,乔栋,贾飞达,孟林智. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2019(08)
[6]日本小行星探测器隼鸟―2运行成果分析[J]. 王存恩. 国际太空. 2019(04)
[7]一种基于气体激励的小行星采样过程仿真分析与试验研究[J]. 孙启臣,赵曾,刘晓庆,王露斯,刘德赟,秦俊杰,曾婷. 新技术新工艺. 2018(09)
[8]小天体表面采样技术综述[J]. 刘德赟,赖小明,王露斯,刘晓庆,赵曾,张加波,全齐全. 深空探测学报. 2018(03)
[9]NASA新前沿计划遴选出二项任务概念[J]. 韩淋. 空间科学学报. 2018(02)
[10]一种月表采样器合理铲挖深度的研究[J]. 姚猛,郑燕红,赵志晖,金晟毅,司永顺,韩璐. 航天器工程. 2017(03)
博士论文
[1]超轻膨胀石墨颗粒气固两相流动特性的CFD-DEM模拟研究[D]. 周海丽.燕山大学 2019
硕士论文
[1]持液气固流化床中流化特性实验及CFD-DEM模拟研究[D]. 朱梦宇.湘潭大学 2019
[2]吸纳式星壤采样器设计与分析[D]. 陈彪.北华航天工业学院 2018
[3]气动式多杆组接深层月壤钻取装置的设计研究[D]. 梁平.哈尔滨工业大学 2017
[4]基于EDEM-FLUENT耦合的气力输送装置的设计与研究[D]. 张学强.西华大学 2015
本文编号：3196335
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题来源及研究背景和意义
1.1.1 课题来源
1.1.2 课题研究的背景和意义
1.2 国内外天体采样技术研究现状与分析
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.2.3 研究现状分析
1.3 课题主要研究内容
第2章 CFD-DEM数值模拟方法及工况设置
2.1 CFD数值模拟理论
2.1.1 CFD求解过程
2.1.2 连续相控制方程
2.1.3 CFD数值解法
2.2 Fluent模拟参数及工况设置
2.2.1 Fluent工况设置
2.2.2 ICEM CFD网格划分
2.2.3 Fluent模型选择
2.3 DEM数值模拟理论
2.3.1 颗粒模型
2.3.2 接触模型
2.3.3 离散相控制方程
2.3.4 接触判断算法
2.4 EDEM模拟参数及工况设置
2.4.1 EDEM计算流程
2.4.2 定义原型颗粒
2.4.3 创建颗粒床
2.5 CFD-DEM耦合计算模型
2.6 本章小结
第3章 一级气体激励采样仿真分析
3.1 一级进气角度选优
3.2 采样仿真流场分析
3.2.1 气流分布分析
3.2.2 气流速度分析
3.2.3 气场稳定性分析
3.2.4 气流压力分析
3.3 采样仿真颗粒场分析
3.3.1 颗粒速度分析
3.3.2 颗粒分布状态分析
3.3.3 颗粒收集速率分析
3.4 本章小结
第4章 二级气体激励送样仿真分析
4.1 二级进气角度选优
4.2 送样仿真流场分析
4.2.1 气流分布分析
4.2.2 气流速度分析
4.2.3 气流压力分析
4.3 送样仿真颗粒场分析
4.3.1 颗粒速度分析
4.3.2 颗粒收集速率分析
4.4 小行星环境下二级联合仿真实验
4.5 本章小结
第5章 小行星采样送样装置设计与验证
5.1 总体方案设计
5.2 组成单元详细设计
5.2.1 气动单元
5.2.2 末端采样单元
5.2.3 样品收集单元
5.3 气体激励式采样实验台设计
5.3.1 一级气体激励采样实验台
5.3.2 二级联合气体激励采样送样装置
5.4 地面采样实验验证
5.5 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]近地小天体调查、防御与开发[J]. 刘慧根,赵海斌,周济林. 科学通报. 2020(09)
[2]小行星监测预警、安全防御和资源利用的前沿科学问题及关键技术[J]. 龚自正,李明,陈川,赵长印. 科学通报. 2020(05)
[3]小行星探测发展综述[J]. 张荣桥,黄江川,赫荣伟,耿言,孟林智. 深空探测学报. 2019(05)
[4]小行星探测科学目标进展与展望[J]. 李春来,刘建军,严韦,封剑青,任鑫,刘斌. 深空探测学报. 2019(05)
[5]小天体多目标多模式探测任务设计[J]. 黄江川,李翔宇,乔栋,贾飞达,孟林智. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2019(08)
[6]日本小行星探测器隼鸟―2运行成果分析[J]. 王存恩. 国际太空. 2019(04)
[7]一种基于气体激励的小行星采样过程仿真分析与试验研究[J]. 孙启臣,赵曾,刘晓庆,王露斯,刘德赟,秦俊杰,曾婷. 新技术新工艺. 2018(09)
[8]小天体表面采样技术综述[J]. 刘德赟,赖小明,王露斯,刘晓庆,赵曾,张加波,全齐全. 深空探测学报. 2018(03)
[9]NASA新前沿计划遴选出二项任务概念[J]. 韩淋. 空间科学学报. 2018(02)
[10]一种月表采样器合理铲挖深度的研究[J]. 姚猛,郑燕红,赵志晖,金晟毅,司永顺,韩璐. 航天器工程. 2017(03)
博士论文
[1]超轻膨胀石墨颗粒气固两相流动特性的CFD-DEM模拟研究[D]. 周海丽.燕山大学 2019
硕士论文
[1]持液气固流化床中流化特性实验及CFD-DEM模拟研究[D]. 朱梦宇.湘潭大学 2019
[2]吸纳式星壤采样器设计与分析[D]. 陈彪.北华航天工业学院 2018
[3]气动式多杆组接深层月壤钻取装置的设计研究[D]. 梁平.哈尔滨工业大学 2017
[4]基于EDEM-FLUENT耦合的气力输送装置的设计与研究[D]. 张学强.西华大学 2015
本文编号：3196335
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/3196335.html
