小行星探測具有無法估量的科學(xué)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益,美、日、歐多次開展小行星探測活動(dòng)。2019年4月,中國國家航天局發(fā)布首個(gè)小行星采樣返回探測計(jì)劃,國內(nèi)相關(guān)科研機(jī)構(gòu)和高校目前正積極開展探測預(yù)研工作。采樣技術(shù)是采樣返回探測任務(wù)的關(guān)鍵,針對小行星表面微重力、高真空的特殊環(huán)境特性,本文提出一種高效可靠的氣體激勵(lì)式小行星采樣送樣一體化方案,在軟件環(huán)境中構(gòu)建仿真模型,數(shù)值模擬樣品采集過程,研究裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)、小行星物理環(huán)境等因素對采集效率的影響,在地面環(huán)境下搭建實(shí)驗(yàn)臺(tái)開展實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。采用CFD-DEM氣固兩相流耦合仿真方法數(shù)值模擬樣品采集過程,在Fluent軟件中采用湍流模型模擬氣體流動(dòng)特性,根據(jù)實(shí)際工況設(shè)置材料屬性、初始條件、邊界條件、求解控制條件等參數(shù)。在EDEM軟件中定義三種顆粒原型,沉積生成顆粒床模擬小行星表面風(fēng)化層顆粒分布。構(gòu)建一級氣體激勵(lì)采樣裝置簡化三維模型作為流體計(jì)算域進(jìn)行耦合仿真實(shí)驗(yàn),研究一級氣體噴嘴進(jìn)氣角度與采樣效率間的關(guān)系,并在后處理模塊中對氣流和顆粒運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析,提出一級噴嘴最優(yōu)結(jié)構(gòu)特征。在一級氣體激勵(lì)采樣裝置基礎(chǔ)上添加二級噴嘴和樣品輸送管道,構(gòu)建二級聯(lián)合氣體激勵(lì)采樣送... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題來源及研究背景和意義
        1.1.1 課題來源
        1.1.2 課題研究的背景和意義
    1.2 國內(nèi)外天體采樣技術(shù)研究現(xiàn)狀與分析
        1.2.1 國外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
        1.2.3 研究現(xiàn)狀分析
    1.3 課題主要研究內(nèi)容
第2章 CFD-DEM數(shù)值模擬方法及工況設(shè)置
    2.1 CFD數(shù)值模擬理論
        2.1.1 CFD求解過程
        2.1.2 連續(xù)相控制方程
        2.1.3 CFD數(shù)值解法
    2.2 Fluent模擬參數(shù)及工況設(shè)置
        2.2.1 Fluent工況設(shè)置
        2.2.2 ICEM CFD網(wǎng)格劃分
        2.2.3 Fluent模型選擇
    2.3 DEM數(shù)值模擬理論
        2.3.1 顆粒模型
        2.3.2 接觸模型
        2.3.3 離散相控制方程
        2.3.4 接觸判斷算法
    2.4 EDEM模擬參數(shù)及工況設(shè)置
        2.4.1 EDEM計(jì)算流程
        2.4.2 定義原型顆粒
        2.4.3 創(chuàng)建顆粒床
    2.5 CFD-DEM耦合計(jì)算模型
    2.6 本章小結(jié)
第3章 一級氣體激勵(lì)采樣仿真分析
    3.1 一級進(jìn)氣角度選優(yōu)
    3.2 采樣仿真流場分析
        3.2.1 氣流分布分析
        3.2.2 氣流速度分析
        3.2.3 氣場穩(wěn)定性分析
        3.2.4 氣流壓力分析
    3.3 采樣仿真顆粒場分析
        3.3.1 顆粒速度分析
        3.3.2 顆粒分布狀態(tài)分析
        3.3.3 顆粒收集速率分析
    3.4 本章小結(jié)
第4章 二級氣體激勵(lì)送樣仿真分析
    4.1 二級進(jìn)氣角度選優(yōu)
    4.2 送樣仿真流場分析
        4.2.1 氣流分布分析
        4.2.2 氣流速度分析
        4.2.3 氣流壓力分析
    4.3 送樣仿真顆粒場分析
        4.3.1 顆粒速度分析
        4.3.2 顆粒收集速率分析
    4.4 小行星環(huán)境下二級聯(lián)合仿真實(shí)驗(yàn)
    4.5 本章小結(jié)
第5章 小行星采樣送樣裝置設(shè)計(jì)與驗(yàn)證
    5.1 總體方案設(shè)計(jì)
    5.2 組成單元詳細(xì)設(shè)計(jì)
        5.2.1 氣動(dòng)單元
        5.2.2 末端采樣單元
        5.2.3 樣品收集單元
    5.3 氣體激勵(lì)式采樣實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)
        5.3.1 一級氣體激勵(lì)采樣實(shí)驗(yàn)臺(tái)
        5.3.2 二級聯(lián)合氣體激勵(lì)采樣送樣裝置
    5.4 地面采樣實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
    5.5 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]近地小天體調(diào)查、防御與開發(fā)[J]. 劉慧根,趙海斌,周濟(jì)林.  科學(xué)通報(bào). 2020(09)
[2]小行星監(jiān)測預(yù)警、安全防御和資源利用的前沿科學(xué)問題及關(guān)鍵技術(shù)[J]. 龔自正,李明,陳川,趙長印.  科學(xué)通報(bào). 2020(05)
[3]小行星探測發(fā)展綜述[J]. 張榮橋,黃江川,赫榮偉,耿言,孟林智.  深空探測學(xué)報(bào). 2019(05)
[4]小行星探測科學(xué)目標(biāo)進(jìn)展與展望[J]. 李春來,劉建軍,嚴(yán)韋,封劍青,任鑫,劉斌.  深空探測學(xué)報(bào). 2019(05)
[5]小天體多目標(biāo)多模式探測任務(wù)設(shè)計(jì)[J]. 黃江川,李翔宇,喬棟,賈飛達(dá),孟林智.  中國科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué). 2019(08)
[6]日本小行星探測器隼鳥―2運(yùn)行成果分析[J]. 王存恩.  國際太空. 2019(04)
[7]一種基于氣體激勵(lì)的小行星采樣過程仿真分析與試驗(yàn)研究[J]. 孫啟臣,趙曾,劉曉慶,王露斯,劉德赟,秦俊杰,曾婷.  新技術(shù)新工藝. 2018(09)
[8]小天體表面采樣技術(shù)綜述[J]. 劉德赟,賴小明,王露斯,劉曉慶,趙曾,張加波,全齊全.  深空探測學(xué)報(bào). 2018(03)
[9]NASA新前沿計(jì)劃遴選出二項(xiàng)任務(wù)概念[J]. 韓淋.  空間科學(xué)學(xué)報(bào). 2018(02)
[10]一種月表采樣器合理鏟挖深度的研究[J]. 姚猛,鄭燕紅,趙志暉,金晟毅,司永順,韓璐.  航天器工程. 2017(03)

博士論文
[1]超輕膨脹石墨顆粒氣固兩相流動(dòng)特性的CFD-DEM模擬研究[D]. 周海麗.燕山大學(xué) 2019

碩士論文
[1]持液氣固流化床中流化特性實(shí)驗(yàn)及CFD-DEM模擬研究[D]. 朱夢宇.湘潭大學(xué) 2019
[2]吸納式星壤采樣器設(shè)計(jì)與分析[D]. 陳彪.北華航天工業(yè)學(xué)院 2018
[3]氣動(dòng)式多桿組接深層月壤鉆取裝置的設(shè)計(jì)研究[D]. 梁平.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[4]基于EDEM-FLUENT耦合的氣力輸送裝置的設(shè)計(jì)與研究[D]. 張學(xué)強(qiáng).西華大學(xué) 2015



本文編號：3196335