Page 46 - 《真空与低温》2026年第2期

徐 然等：磁补偿模拟低重力场下液氧气泡非等温运动特性的实验研究 165

y 图 6（a）所示，说明气泡在液氧中的上浮过程较为
r
0 ms 0 ms 0 ms 稳定。整体趋势表明气泡质心的运动规律主要受
不锈钢筛网
螺栓 浮力驱动，而受温度影响的差异并不显著。三组工
气泡 况的曲线分布较为接近，仅在局部存在微小差别，
反映出温度对气泡质心上升轨迹的影响有限。在
12 ms 14 ms 17 ms
重力水平 0.03g 0 时，不同入口温度的质心轨迹相较
于常重力存在明显区别，如图 6（b）所示。在微重
力下，T 3 = 94 K 时液氧表面张力和黏度更高，初期
25 ms 32 ms 28 ms 浮力不足以克服阻力，气泡质心上升速度减小，后
期因存在马兰戈尼对流效应，在一定时间后触发气
泡界面流动因此进一步加速。在 T 3 = 98 K、102 K
下，液氧表面张力和黏度下降，因此气泡能保持上
36 ms 46 ms 39 ms
升运动。T 3 = 102 K 接近液氧饱和温度，气液间热
质交换更活跃，导致其质心运动存在波动。

y
46 ms 57 ms 50 ms r
7 ms 3 ms 6 ms

54 ms 64 ms 65 ms
23 ms 13 ms 15 ms

1 mm 1 mm 1 mm
（a）94 K （b）98 K （c）102 K
36 ms 23 ms 28 ms
图 4 重力水平 1g 0 不同入口温度下氧气气泡在液氧中
上升的行为变化照片
Fig. 4 The behavioral changes of the bubble rising in liquid
oxygen at different inlet temperatures at a
63 ms 38 ms 40 ms
gravity level of 1g 0

图 5 展示了重力水平 0.03g 0 不同入口温度下
氧气气泡在液氧中上升的行为变化，与常重力下受
强浮力驱动产生的拉伸、扭曲等变形不同，微重力 102 ms 50 ms 52 ms
下气泡整体形态趋近于球形。不同入口温度下气
泡上升过程中大小差异较常重力小。这是因为微
重力下气体热分层效应较弱。在重力水平 1g 0 时，
等效气泡直径较大。这种现象是由于在高重力条 122 ms 73 ms 74 ms
件下液体在 y 方向上的热分层和较大的压力梯度
造成的，气泡更容易发生汽化。在重力水平
0.03g 0
1 mm 1 mm 1 mm
下，液体中的热梯度和压力梯度都较弱，因此不同 （a）94 K （b）98 K （c）102 K
入口温度下的气泡尺寸更小。
图 5 重力水平 0.03g 0 不同入口温度下氧气气泡在液氧中
2.2 温度对于气泡上升轨迹的影响
上升的行为变化照片
进一步分析不同入口温度下气泡质心的位置
Fig. 5 The behavioral changes of the bubble rising in liquid
（y）时间的变化过程。在重力水平 1g 0 ，不同入口温 oxygen at different inlet temperatures at a
度下气泡质心的位置随时间基本呈线性变化，如 gravity level of 0.03g 0