1.2.2微重力科学概述

微重力科学是近代科学的综合发展，人们对航空航天领域的探索逐步发展的一门新兴交叉科学，其主要研究方面是在微重力环境中探索物质的平衡及运动的规律。微重力是指该环境中的重力水平为地球表面重力9.8m/s2的10-6倍。在微重力环境中，由于地球重力而产生的一些现象力，如浮力、沉淀、压力梯度等过程基本消失，这为微重力科学各学科领域的发展提供了极好的机遇，促进了人类学术的重大进步。

随着人类对未知外太空世界的强烈认知欲的增长，人们相继制造航天飞机、运载火箭和“国际空间站”等逐步来对外太空进行探索，这些条件也使得微重力环境下的一些问题被人们逐渐探索、发现、了解。国际空间站是目前技术最先进、运行时间最长，提供能量最多的和体积最大，也是耗资最多的空间设施，国际空间站为人类了解微重力科学提供了环境支持，给人类研究重力对物理、化学、生物等现象的影响提供了特有的平台，使微重力科学得以强大发展。目前各国的空间站也都是进行微重力科学及空间生命科学及其应用的相关微重力实验[3]。

微重力科学的研究方向主要分为四个方面：微重力流体物理(自然对流、多相流、复杂流体)、微重力燃烧、空间材料科学和空间生物技术。近10年来，微重力条件提供的高精度实验环境吸引了一批理论物理学家，他们希望通过微重力环境更好的检验广义相对论和引力理论、低温原子物理和低温凝聚态物理的许多基础物理的前沿问题，这样便形成了微重力科学的一个新领域——空间基础物理。近年来，人人常常把这些微重力科学领域统称为空间的物理学，它是在微重力环境来研究物理学规律，以区别地面重力环境下的物理学[4]。随着国际空间站的逐步发展完善，预计将会有一大批科学家进行空间微重力实验研究，也会取得一些重要研究成果使微重力科学及人类的进步得到充分发展。

作为微重力科学研究的一个主要方面，微重力流体力学中的一些过程在这种特殊的环境下便突显出来，这时表面张力的影响超过地球重力的影响。诸如热毛细对流的概念、表面张力驱动对流的稳定性、热毛细力牵引液滴迁移、滴状燃料的微重力燃烧等微重力下的流体物理重要研究都是在此环境下提出的。随着载人航天技术的发展，微重力科学这一近代科学便得以快速发展。微重力流体科学为航空航天工程中流体管理和热管理都提供了理论和实验支持。

1.2.3研究意义

热毛细对流问题是近年来微重力科学发展中人们越来越关心的问题，引起了广泛的关注。在晶体生长方面，热毛细对流对其质量有着大的影响，由于热毛细对流的振荡导致晶体出现条纹滑移，对晶体质量产生了相当不利的影响，而在微重力环境下，可以得到一个较理想的静态生长环境，所以研究热毛细对流的输运机理有助于制备高质量的晶体，对材料科学的发展有着深远意义。除此之外热毛细对流还广泛存在于航空航天、涂料涂漆、薄膜制备等工业生产领域，因此，有必要对热毛细对流进行广泛而深入地研究。

1.2.4国内外研究现状

1.3 本课题的研究工作

由于热毛细对流在微重力条件下的不可忽略性及对工程应用的影响，使得非常有必要对其进行更多的研究，很多学者都对其都分别进行了深入的研究。

1.3.1研究对象

在微重力环境下，随着浮力的消失热毛细力在对流中逐渐占主导地位，本文研究的主要对象便是微重力环境下的热毛细对流，数值研究在微重力条件下方腔中热毛细力驱动的流动与换热过程。