推进剂管理技术是在轨加注的关键技术之一。论文以多孔介质在可加注式贮箱推进剂管理装置中应用为背景,基于随机几何理论、分形几何理论、分子动力学理论和流体动力学理论,对微重力环境下流体在多孔介质内的输运特性进行了研究。主要研究了多孔介质的结构特性、流体在多孔介质中的过流特性、多孔介质的润湿特性以及微重力条件下流体在多孔介质中输运特性等。根据研究成果,研制出一种新型的多孔介质气液分离装置,应用于卫星贮箱中。论文主要工作如下:(1)基于随机几何理论的多孔介质结构特征建模。在介绍随机几何理论与分形几何理论基本概念的基础上,引入了多孔介质结构特征的相关数学定义,考虑多孔介质的分形特性,建立了考虑多孔介质内部微结构特征的多孔介质比表面积模型;基于此模型,分析了多孔介质孔隙率、颗粒半径对多孔介质的比表面积的影响。(2)多孔介质过流特性研究。论文基于多孔介质结构特征理论模型,提出了新的多孔介质水力直径模型,分析了多孔介质结构参数对其水力直径的影响;将新的多孔介质水力直径以及多孔介质迂曲度引入到已有的多孔介质过流特性模型中,建立了新的多孔介质过流特性模型;开展了液体和气体通过多孔介质的过流实验,对新的过流特性模型进行了验证;基于理论和实验分析了多孔介质结构特性对其过流特性的影响;最后将模型无量纲化,分析了在不同雷诺数情况下的流动损失。(3)多孔介质润湿特性分析。采用随机几何理论建立了多孔介质等效半径模型,并引入到Lucas-Washburn公式中,建立了新的测定液体与多孔介质接触角的理论模型;基于该理论模型进行了水在堆积球床中的毛细自吸实验,以测量水与多孔介质接触角,结果与现有文献中公布的数据一致;根据实验数据,在新的模型中引入了动态接触角概念,并对动态接触角对毛细运动的影响进行了研究。(4)微重力条件下多孔介质的毛细流动研究。根据一维定常流动能方程,推导了多孔介质中毛细自吸流动的控制方程,其中表面张力项、粘性损失项、惯性损失项中考虑了多孔介质材料的结构特性;通过求解该方程分析了流体在毛细上升时不同的流动形态;基于白金汉定律对多孔介质的毛细流动进行了无量纲分析;最后分析了在微重力条件下液体在大孔径大孔隙率多孔介质中的毛细流动,微重力条件下液体在大颗粒直径和大孔隙率多孔介质中的毛细运动速度要大于小颗粒直径和小孔隙率多孔介质中的毛细运动速度。(5)液体在多层多孔介质中的毛细运动分析。针对不同特殊结构多孔介质材料,建立了考虑多孔介质内部微结构特性的毛细运动模型。分别对液体在扁平多孔介质中的圆周型毛细运动和液体在多层多孔介质中的毛细运动进行了建模;基于以上模型,分析了液体在具有梯度颗粒直径、梯度孔隙率以及不浸润的多层多孔介质材料中的毛细运动过程。(6)卫星贮箱多孔介质气液分离装置的研制。设计并研制了一种具有梯度孔径的多孔介质气液分离装置,应用于卫星贮箱的排气装置中;对所研制的气液分离装置的气液分离特性进行了数值仿真;开展了气液分离装置原理样机的地面验证实验;最后将该气液分离装置用于卫星贮箱排气装置中,通过落塔实验进行了性能验证。论文通过理论分析、数值仿真、实验验证等研究手段,对微重力条件下液体在多孔介质中的输运特性进行了研究,得到了丰富的理论成果和实验数据,为多孔介质在空间流体管理中的应用提供了坚实的理论基础。同时,多孔介质气液分离装置的研制也为多孔介质的空间工程应用提供了参考,具有较强的理论和工程价值。