Bei Tiefraumsondenmissionen unterliegen Fluide in kryogenen Treibstofftanks häufig komplexen variablen Belastungsbedingungen, wobei sich die Gas-Flüssig-Grenzfläche stark verändert, was zu intensiver Phasenwechselwärmeübertragung und Reaktion des thermodynamischen Zustands führt. Basierend auf einem Fallturmexperiment wurde ein Experimentiersystem zur Umlagerung von flüssigem Sauerstoff aufgebaut, das die dynamischen Veränderungen der Gas-Flüssig-Grenzflächenform, der Gasphase-Temperatur und des Drucks während des Übergangs zur Mikrogravitation beobachtete und aufzeichnete. Die Ergebnisse zeigen, dass während der Fallschrittphase, in der von normaler Schwerkraft zu Mikrogravitation gewechselt wird, die Drei-Phasen-Kontaktlinie des flüssigen Sauerstoffs an der Tankwand aufsteigt und bei der ersten Rückbewegung eine Restflüssigkeitsschicht an der Wand bildet. Aufgrund des Anstiegs der Kontaktlinie vergrößert sich die Gas-Flüssig-Grenzfläche, was zu einem kontinuierlichen Verdampfen von flüssigem Sauerstoff in der Nähe der Grenzfläche führt; zusätzlich bewirkt die Wirkung der überlagerten Restflüssigkeitsschicht eine Steigerung der Druckzunahmerate. Die Temperaturänderung 15,2 mm von der Grenzfläche entfernt wird nicht nur durch Wärmeleitung durch die feste Wand beeinflusst, sondern auch durch die Störung des kalten Gasflusses, die durch die Oberflächenschwingung verursacht wird. Während des gesamten 2,5 s dauernden Umlagerungsprozesses war die Temperaturerhöhung an diesem Messpunkt geringer als bei den anderen beiden Temperatursensoren. Diese Studie liefert eine wichtige experimentelle Grundlage für das Design von Orbitalmanagementsystemen für kryogenen Treibstoff und die Validierung von Umlagerungssimulationsmodellen.

flüssiger Sauerstoff;Fallturmexperiment;Mikrogravitation;Grenzfläche