1875
Майбутні бази на Місяці й Марсі доведеться захищати від великих перепадів температури, але звичайні земні системи теплообміну в слабкій гравітації працюватимуть інакше. Чисельне дослідження двох phase-change materials показало, що важливим параметром може бути навіть геометрія резервуара. У широкій плоскій камері thermocapillary convection прискорювала плавлення за всіх досліджених рівнів гравітації, тоді як у вищій камері natural convection могла з нею конкурувати.
Phase-change materials, або PCM, зберігають і віддають велику кількість енергії під час плавлення та затвердіння. Поки речовина переходить між фазами, її температура змінюється відносно мало, тому такі матеріали зручні як теплові буфери.
На Землі важливу роль у плавленні відіграє natural convection. Нагріта рідина стає легшою й піднімається, холодніша опускається, утворюючи циркуляцію. У microgravity цей механізм майже зникає.
Тоді значно важливішою стає thermocapillary convection — рух рідини вздовж поверхні через різницю surface tension при різній температурі. На Місяці й Марсі гравітація не нульова, але значно слабша за земну, тому обидва механізми можуть взаємодіяти.
Команда Universitat Rovira i Virgili змоделювала плавлення succinonitrile та n-octadecane. Другий матеріал використовується як робоча речовина для експерименту MarPCM на International Space Station.
Дослідники задали різницю температур між стінками 40 Kelvin і порівняли Earth, Mars, Moon та ISS gravity. Також використали дві прямокутні cavity geometries з aspect ratio 2 та 10.
У плоскій камері AR=10 мала висота пригнічує natural convection. Thermocapillary flow ставав домінуючим у всіх чотирьох gravity environments і суттєво прискорював плавлення.
У камері AR=2 картина була складнішою. На ранньому етапі thermocapillary flow теж прискорював melting front, але з ростом рідкої області natural convection посилювалася й при вищій гравітації могла рухатися в протилежному напрямку, сповільнюючи пізню стадію.
Succinonitrile в усіх умовах плавився швидше за n-octadecane через вищу thermal conductivity, але загальна конкуренція двох типів конвекції залишалася подібною.
Практичний висновок у тому, що космічну thermal storage system не можна просто скопіювати із земного аналога. Геометрія контейнера повинна проектуватися під конкретну gravity environment.
Робота є numerical simulation, а не випробуванням готової місячної бази. Проте вона дає конкретні інженерні параметри, які можна перевіряти в майбутніх орбітальних і планетарних експериментах.
