基于磁补偿的液氧悬浮可视化验证实验研究

发布时间：2021-10-15 04:01

　　利用液氧的顺磁特性,以低温超导磁体为受控磁场发生器,设计了一套磁补偿低温液氧悬浮可视化验证性实验系统。通过改变超导线圈电流强度,实现了大小适当且持续稳定的磁场力用于补偿液氧重力,观察到氧气泡在最佳磁补偿点处的微重力悬浮现象,捕捉到微重力液氧气液界面处的气泡成型、脱离和相界面变化特征,展示出微重力下表面张力的主导作用,验证了通过磁场补偿实现地面研究液氧微重力环境下相关机制的可行性。 

【文章来源】：真空与低温. 2020,26(03)

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

不同流体完全重力补偿所需要的绝对磁场平方梯度值

图2 两种不同流体的稳定气泡位置图

该实验系统由液氧获取装置、可视化装置和磁场补偿装置组成，如图3所示。借助于常压杜瓦中的低温液氮，使高纯氧气通过浸没在液氮浴中的紫铜盘管换热器冷凝，获得过冷液氧；将过冷液氧盛放在透明石英玻璃试样瓶中，周围设有真空绝热夹层，试样瓶外壁有自下而上的毫米刻度，如图3(a）所示。装有适量液氧且封口的透明石英玻璃试样瓶竖直固定在室温孔中心磁场实验区上部的法兰盘上，其内液氧处于最佳磁补偿区域附近。LED光源平行试样瓶放置，同时在光源对侧设置内窥镜，借助PC机可拍摄其内部微重力下液氧气泡的生长、脱离、悬浮、撞击液面等相界面的变化信息，如图3(b）、（c）所示。值得一提的是，虽然液氧试样瓶设有真空夹层，但仍会有辐射漏热，为避免试样瓶外壁结霜，须在中心磁场实验孔底部缓缓送入干燥氮气，以排除液氧试样瓶周围的水蒸气，保障观察清晰。实验装置实物如图4(a）、（b）所示，实验磁场补偿装置中心磁场实验孔直径100 mm，高度500 mm，上下均有法兰螺栓接口，最大磁补偿位置距上部分别为165 mm和335 mm，两点磁场力方向相反。本实验针对的是335 mm处的磁补偿点，下面提及的最大磁补偿点均指该点。当施加电流强度为14.5 A时，最大磁补偿点处的磁场平方梯度略大于8.15 T2/m，满足实验需求。此时，最大磁补偿位置即为最佳补偿点。石英玻璃液氧试样瓶内径为30 mm，内腔总高度350 mm，恰好覆盖最大磁补偿位置，有利于观察少量液氧的悬浮状态。


本文编号：3437384