Naarmate ruimtevaartuigen groter worden, de warmte die ze produceren neemt ook toe. Dat betekent dat voertuigen die zijn gebouwd voor ruimteverkenning op lange termijn efficiëntere koelsystemen nodig hebben.

Het Two-Phase Flow-onderzoek kijkt naar de warmteoverdrachtskenmerken van hoe kokende vloeistoffen in microzwaartekracht in damp veranderen. Stromend koken is koken met geforceerde stroming over een verwarmd oppervlak, terwijl tweefasenstroom verwijst naar beide fasen - damp en vloeistof - die samen in een enkel kanaal of buis stromen. Met behulp van een lus met een transparante verwarmingsbuis aan boord van het internationale ruimtestation, onderzoekers zullen de stroomsnelheid vaststellen, verwarmingsvermogen, verhouding van damp tot totale stroom, en andere effecten onder verschillende omstandigheden. Deze gegevens zullen bijdragen aan een beter fundamenteel begrip van het gedrag van vloeistof en damp en het mechanisme van hoe warmte wordt overgedragen in microzwaartekracht.

Op aarde, dit begrip heeft potentiële toepassingen in het ontwerp van koelsystemen voor krachtige computers, gegevensservers, en elektrische voertuigen.

Satoshi Matsumoto, een projectwetenschapper bij het Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA), zei:"Thermische managementsystemen moeten grote hoeveelheden thermische energie verwijderen, afvoer van restwarmte over lange afstanden naar radiatoren, en koel hoge niveaus van thermische energie die wordt gegenereerd door elektrische apparaten. Om dit alles te bereiken zijn efficiëntere methoden nodig om thermische energie te verwijderen, en apparaten die koken en tweefasenstroom gebruiken, zijn veelbelovender dan conventionele methoden."

Koken verwijdert warmte door vloeistof in damp te veranderen op het verwarmde oppervlak. Koelsystemen gebruiken condensors die de damp koelen en condensatie op het oppervlak van de unit produceren, waardoor die damp weer vloeibaar wordt, in een continue cyclus. In een tweefasenstroomsysteem, warmte wordt verwijderd wanneer de vloeistof verdampt tijdens het koken, wat resulteert in hoogwaardige warmteafvoer en transport.

Mengsels van vloeistoffen en bellen gedragen zich heel anders in de ruimte, echter.

Op aarde, bellen gegenereerd door koken verlaten het oppervlak van de vloeistof vanwege de opwaartse kracht - de bellen zijn ongeveer 1, 000 keer minder dicht dan de vloeistof. Die opwaartse kracht verdwijnt in microzwaartekracht, zodat bellen niet gemakkelijk van het oppervlak loskomen. Ze vormen in wezen een isolerende laag aan het oppervlak en kunnen de warmteoverdracht aanzienlijk verminderen.

Het onderzoek zal een database opzetten die nuttig is bij het ontwerpen van systemen van de volgende generatie voor het beheer van warmte in de ruimte. Momenteel, er bestaat geen coherente database voor het stromings- en warmteoverdrachtsgedrag van mengsels van vloeistoffen en dampen die worden gebruikt voor stromingskoken in microzwaartekracht.

"Een database van kokende tweefasenstroom kan ons ook de omstandigheden laten zien waar het zwaartekrachteffect verdwijnt, zelfs als het koelmiddel of de geometrie van leidingen verandert, "Zei Matsumoto. "Dit is belangrijk voor het ontwerpen van koelsystemen voor ruimtereferentieresultaten van het orbitale experiment, ondanks het beperkte aantal experimentele omstandigheden."

"Samengevat, onze wetenschappelijke doelen zijn om gedetailleerde mechanismen van warmteoverdracht te verduidelijken, een kaart opstellen van de dominante krachten, en details van vloeistof-dampstroomgedrag te verduidelijken, " zei hoofdonderzoeker Haruhiko Ohta, een onderzoeker bij de afdeling Lucht- en Ruimtevaartkunde aan de Kyusyu Universiteit in Japan. "Dit microzwaartekrachtexperiment zal het fundamentele begrip van kokende tweefasenstroming bevorderen, vooral de relatie tussen de warmteoverdracht en het gedrag op het grensvlak."

In aanvulling, JAXA zal normen vaststellen voor thermische beheersystemen van ruimtevaartuigen met behulp van kokende tweefasige circulatielussen, inclusief heatpipe-lussen als alternatieve passieve methode voor de in dit onderzoek geteste gepompte lus.

Efficiëntere thermische beheersystemen, in de ruimte en op aarde, zal ons helpen het hoofd koel te houden.