超重力离心机的制作方法

1.本技术涉及超重力技术领域，特别是涉及一种超重力离心机。


背景技术：

2.超重力工程技术的基本原理是利用超重力条件下多相流体系的独特流动行为，强化相与相之间的相对速度和相互接触，从而实现高效的传质传热过程和化学反应过程。在地球上，实现超重力环境的简便方法是通过旋转产生离心力而模拟实现。这样旋转设备被称为超重力离心机。
3.超重力离心机主要包括绕竖直轴线转动的转子以及罩设在转子外的实验舱，通过驱动电机带动转子高速旋转，产生巨大离心力，满足超重力实验的要求。在此过程中，转子的旋转带动实验舱内空气流动，引起转子与周围空气、流动的空气与实验舱之间相互摩擦而产生热量。这部分热量若不及时散出，将引起实验舱内温度急剧升高，危及整个实验装置的安全运行，并对测量传感器等电子元件的安全性能和测量精度产生较大的影响。因此，需要针对超重力离心机设计降温系统。
4.超重力离心机运行时转子高速旋转，发热功率可达5mw。例如，转子末端相对空气的运动速度最大，温度较高，散热需求较大。目前超重力离心机的降温系统普遍采用的是固定于实验舱的静态管路，静态管路方便直接与实验舱的舱壁或实验舱内的空气换热，但不方便对高速运动的转子进行直接的换热降温，降温效果有待提高。


技术实现要素：

5.本技术提供了一种超重力离心机，能够提高降温能力，运行更加可靠。
6.本技术提供的一种超重力离心机，所述超重力离心机包括绕竖直轴线转动的转子、罩设在转子外的实验舱、以及相应的降温系统，所述转子带有与所述实验舱转动配合的轴部，所述轴部带有位于所述实验舱外部的轴顶端，所述降温系统包括液冷装置和蒸发冷却装置；
7.所述液冷装置包括制冷源，以及与制冷源连通且与所述实验舱的舱壁热耦合的第一冷却介质循环管路；
8.所述蒸发冷却装置包括设置于所述实验舱外部的冷凝室，以及与冷凝室连通且经由所述轴顶端伸入所述转子内部以换热的热管散热器。
9.以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。
10.可选的，所述液冷装置还包括与所述冷凝室热耦合的第二冷却介质循环管路。
11.可选的，所述冷凝室位于所述轴顶端的上方以使所述冷凝室内的冷凝液依靠自身重力流入所述轴顶端内。
12.可选的，所述热管散热器为由多段管道连通形成的非闭环结构且具有散热端和吸
热端，其中散热端伸入所述冷凝室内，吸热端与所述转子热耦合，冷却介质在同一段管道内双向流通以形成冷却介质循环管路。
13.可选的，所述转子自身相对所述竖直轴线为对称结构且具有远离所述竖直轴线的高温端，所述热管散热器包括：
14.第一管道，在所述轴部内竖直延伸，所述第一管道的上端为所述散热端；
15.第二管道，一端与所述第一管道的下端连通，另一端为所述吸热端且延伸至所述转子的高温端。
16.可选的，所述第二管道包括：
17.竖直段，贴近所述高温端的表面，所述竖直段的下端为所述吸热端；
18.倾斜段，一端与所述第一管道的底端连通，另一端与所述竖直段的上端连通。
19.可选的，所述竖直段的上端位置高于所述第一管道的底端位置。
20.可选的，所述降温系统还包括真空泵，该真空泵通过真空管路接入所述实验舱以调节实验舱内的真空度。
21.可选的，所述降温系统还包括与所述第一冷却介质循环管路连通的蓄冷罐，用于存储所述制冷源产生的冷却介质。
22.可选的，所述第一冷却介质循环管路从所述实验舱侧壁内穿过。
23.本技术的超重力离心机，通过液冷装置和蒸发冷装置的相互配合，有效降低转子在高速运转时所产生的温度，保障超重力离心机安全高效的工作。
附图说明
24.图1为本技术一实施例中超重力离心机的结构示意图；
25.图2为本技术一实施例中蒸发冷却装置的结构示意图。
26.图中附图标记说明如下：
27.100、超重力离心机；
28.200、转子；201、轴部；202、轴顶端；203、高温端；
29.300、实验舱；301、舱壁；
30.400、降温系统；
31.500、液冷装置；501、制冷源；502、第一冷却介质循环管路；503、第二冷却介质循环管路；
32.600、蒸发冷却装置；601、冷凝室；602、热管散热器；603、散热端；604、吸热端；605、第一管道；606、第二管道；607、竖直段；608、倾斜段；609、气流通道；
33.700、真空泵；701、真空阀门；
34.800、蓄冷罐；
35.900、循环泵。
具体实施方式
36.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实
施例，都属于本技术保护的范围。
37.需要说明的是，当组件被称为与另一个组件“连接”时，它可以直接与另一个组件连接或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。
38.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
39.本技术公开了一种超重力离心机100，超重力离心机100包括绕竖直轴线转动的转子200、罩设在转子200外的实验舱300、以及相应的降温系统400，转子200带有与实验舱300转动配合的轴部201，轴部201带有位于实验舱300外部的轴顶端202，降温系统400包括液冷装置500和蒸发冷却装置600；
40.液冷装置500包括制冷源501，以及与制冷源501连通且与实验舱300的舱壁301热耦合的第一冷却介质循环管路502；
41.蒸发冷却装置600包括设置于实验舱300外部的冷凝室601，以及与冷凝室601连通且经由轴顶端202伸入转子200内部以换热的热管散热器602。
42.本实施例中，通过转子200的高速旋转产生的巨大离心力来满足超重力实验的相关要求；实验舱300用于安装实验仪器或放置实验用物品；在超重力离心机100工作时，高速旋转的转子200与流动的空气、流动的空气与舱壁301之间的摩擦会产生大量的热，通过液冷装置500的第一冷却介质循环管路502吸收转子200与舱壁301之间产生的热量，降低超重力离心机100的温度；在超重力离心机100工作时，转子200内部也会因为高速的运动产生大量的热，通过蒸发冷却装置600的热管散热器602来吸收转子200内部热量，防止转子200因温度过高而影响使用效果，降低超重力离心机100的离心度。
43.通过液冷装置500和蒸发冷却装置600来吸收热量，可以保障超重力离心机100中各仪器不因温度升高而影响仪器的精确度，同时使超重力离心机100安全有效的运行。
44.液冷装置500与冷凝室601之间的连接方式为，液冷装置500还包括与冷凝室601热耦合的第二冷却介质循环管路503。第二冷却介质循环管路503进入冷凝室601的端口低于出去冷凝室601的端口，从而使制冷源501等设备中流出的冷却介质能够充分的填充在冷凝室601的四周，让冷凝室601能够充分的降温。冷却介质经循环泵900进入到制冷源501中，对冷却介质进行降温处理，经降温处理后的冷却介质再次输送到第二冷却介质循环管路503中，开始下一个循环。
45.为了方便冷凝液流入到轴顶端202，冷凝室601位于轴顶端202的上方以使冷凝室601内的冷凝液依靠自身重力流入轴顶端202内。
46.冷凝液流经热管散热器602对转子200进行降温，热管散热器602为由多段管道连通形成的非闭环结构且具有散热端603和吸热端604，其中散热端603伸入冷凝室601内，吸热端604与转子200热耦合，冷却介质在同一段管道内双向流通以形成冷却介质循环管路。第二冷却介质循环管路503中的冷却介质会对散热端603内的冷凝液进行降温处理，经过降温后的冷凝液依靠自身重力和离心力流经吸热端604处吸收转子200内部热量，对转子200内部进行降温。热管散热器602固定在转子200的外部，方便维修人员的检修及更换。
47.热管散热器602的具体结构为，转子200自身相对竖直轴线为对称结构且具有远离竖直轴线的高温端203，热管散热器602包括：第一管道605，在轴部201内竖直延伸，第一管道605的上端为散热端603；第二管道606，一端与第一管道605的下端连通，另一端为吸热端604且延伸至转子200的高温端203。作为一种优选的方案，转子200设置为2个，且位于轴部201的两端。在超重力离心机100工作时，转子200高速旋转，转子200底部与实验舱300的底面几乎垂直，冷凝液从散热端603通过第一管道605流到轴顶端202的时候，由于离心力的作用被甩至第二管道606的吸热端604处，冷凝液在吸热端604处通过相变换热吸收转子200与流动的空气摩擦产生的热，同时蒸发为气体，蒸发为气体的冷凝液通过热管散热器602内部的气流通道609返回至散热端603，在散热端603处由第二冷却介质循环管路503中的冷凝液冷却为液态，重新经第一管道605进入到轴顶端202，开始下一个循环。作为一种优选的方案，散热端603可以采用圆柱形腔体，散热端603随转子200一起在冷凝室601内转动。吸热端604固定至转子200外侧的高温端203。
48.为了使冷凝液通过离心力更好的到达吸热端604，第二管道606包括：竖直段607，贴近高温端203的表面，竖直段607的下端为吸热端604；倾斜段608，一端与第一管道605的底端连通，另一端与竖直段607的上端连通。其中，竖直段607的上端位置高于第一管道605的底端位置。使倾斜段608自第一管道605底端开始逐渐升高，竖直段607与高温段相贴靠近可以使冷凝液更好的通过相变换热带走热量。
49.为了减少转子200转动时的阻力，降温系统400还包括真空泵700，该真空泵700通过真空管路接入实验舱300以调节实验舱300内的真空度。当实验舱300内的真空度降低时，会显著降低空气对转子200转动时产生的阻力，同时也将减小流动的空气与舱壁301之间产生的阻力。通过打开真空阀门701使真空泵700对实验舱300进行抽真空，将实验舱300内达到一定的真空度，真空度的确定可以根据实验舱300内的实测温度与实验要求的差值来确定。
50.为了保障在超重力离心机100运行过程中冷却介质的充足使用，降温系统400还包括与第一冷却介质循环管路502连通的蓄冷罐800，用于存储制冷源501产生的冷却介质。为了使冷却介质更好的吸收实验舱300内的热量，第一冷却介质循环管路502从实验舱300侧壁内穿过。第一冷却介质循环管路502在舱壁301的进口端低于出口端，能够在实验舱300的四周布满冷却介质，有效吸收流动的空气与舱壁301之间摩擦产生的热量。流经出口端的冷却介质通过循环泵900输送到制冷源501内进行降温处理，再进行下一个循环。
51.当超重离心机开始工作时，制冷源501和/或蓄冷罐800通过第一冷却介质循环管路502和第二冷却介质循环管路503输送冷却介质。通过第一冷却介质循环管路502的冷却介质流经实验舱300的侧壁时，吸收流动的空气与舱壁301之间，以及转子200与舱壁301之间产生的热量，并将吸热后的冷却介质通过循环泵900输送至制冷源501内，再次进行降温。同时，冷凝液通过热管散热器602来吸收转子200与流动的空气之前产生的热量，吸热后的冷凝液通过流经第二冷却介质循环管路503的冷却介质进行降温，在三冷却介质循环管路中升温的冷却介质也通过循环管输送到制冷源501内进行降温。同时开启真空泵700降低实验舱300内的真空度来降低各设备因摩擦产生的热量。
52.本装置也可省去第二冷却介质及循环泵900，采用第一冷却介质在第二冷却介质循环管路503、散热端603中直接制冷的方式，带走实验舱内及热管散热端的热量：此时制冷
源501相当于制冷系统中的制冷剂压缩机及冷凝散热装置，蓄冷罐800为高压制冷剂储罐；第一冷却介质即制冷剂通过节流装置，进入第二冷却介质循环管路503及散热端603直接蒸发制冷，后经过制冷源501进入下一循环。
53.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。不同实施例中的技术特征体现在同一附图中时，可视为该附图也同时披露了所涉及的各个实施例的组合例。
54.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。