贮箱作为航天器推进系统的重要组成部分，其主要作用是为推进器提供不夹气的推进剂。气液分离、输运性能和排空性能等是板式贮箱研究主要关注的技术，经过长期的探索，人们已积累了大量贮箱板式管理装置的研究成果和设计经验，但对于微重力下贮箱内气泡运动特性的研究还较少。本论文基于中国空间站首批空间科学实验项目之一的“空间流体储存、输运及界面行为研究”的实验结果，结合数值模拟和一定的理论分析，针对长时间微重力环境下贮箱注液阶段和排液阶段，在气液界面形貌特征、液体爬升和气泡运动行为等方面进行了较为深入、全面的研究和探讨。本研究主要内容包括：

在微重力下贮箱气液界面形貌特征的研究中，结合空间实验，采用VOF法数值模拟研究了含中心柱球形贮箱内的环状气泡形貌，建立了描述气泡毛细界面轮廓的理论表达式，验证了在注液阶段和排液阶段形成的环状气泡具有是否与中心柱间夹有液膜的新现象。基于打靶法开发了两类可快速、准确预测气泡轮廓及体积的程序，以分别应用于不同的实际场景。

进一步推导得到了不含中心柱的球形贮箱内的液面轮廓解析式及任意外形回旋体贮箱的临界体积表达式。理论和仿真表明，当接触角或充液率较小时该种因素对液体爬升高度的影响较为显著，而反之则相反。并指出不规则的贮箱构型易导致推进剂剩余的不利情况的出现。对于贮箱流体界面特性的理解和推进剂剩余量预测的应用具有重要意义。

在贮箱流体行为的研究中，注液阶段液体爬升的仿真模型得到了实验验证，进一步的研究表明液体传输速度随接触角的减小和表面张力系数的增大而增大，而接触角越小其对液体传输速度的影响越不显著，由此提出在选择推进剂时应综合考虑物性参数和成本等因素。

探究了排液阶段中小气泡演变、环状气泡转变及排空过程的气泡运动行为，分析表明气泡形貌和运动遵循表面能最小的原则，气泡合并时于两侧产生涡，环状气泡的转变引起的推进剂质心变化幅度较大，并且向有利于贮箱稳定的方向发展。进而阐明了环状气泡的转变条件，注气速度加快和板式结构制约分别能够加快和减慢环状气泡的转变进程。此外，减缓注气速度和增大排液方向加速度有利于贮箱排空性能的提升，且后者的提升效果显著得多。对于板式管理结构气液分离特性的理解和板式贮箱的在轨应用具有重要意义。

最后，针对板式贮箱缩比模型进行两种放置模式和充液率下的落塔实验研究，研究表明该贮箱模型表现出良好的气液分离性能，其正向放置时除充液率较小的工况外液体均能爬至顶部，而侧向放置时所有工况下液体均能爬至液口。