一种大型超重力离心机降温和旋转气流测量装置与方法与流程

1.本发明涉及离心机温控技术领域，尤其涉及一种大型超重力离心机降温和旋转气流测量装置与方法。


背景技术：

2.大型超重力离心机的转臂在高速旋转的同时，带动转臂周围气体高速旋转，转臂对空气进行搅拌并摩擦做功导致发热，因此必须采用适当的温控措施对离心机内部进行降温。
3.侧壁换热器是一种常见的离心机温控措施，呈圆柱形位于离心机机室侧壁，其降温能力可以用壁面的对流换热系数和气流温度来量化。壁面对流换热系数又取决于机室内部气压、气流旋转速度以及速度脉动等多项参数有关，换热复杂且没有成熟的传热模型。因此需要进行离心机内部流场测试实验，利用实测数据开展验证研究，才能明确离心机机室内的气流运动规律和壁面对流换热系数。
4.离心机内部流场测试需要测量的参数包括气流温度、压力、速度和对流换热系数，各参数采用对应的温度传感器、压力传感器、空速管等进行测量。现有的流场测量装置多采用支架将传感器固定在离心机机室内部，直接暴露在气流中获得各处气流参数。但是这样固定方式导致一些问题，支架和传感器本身处在流场中，对内部气流产生干扰，引起较大误差，严重影响测试效果。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种大型超重力离心机降温和旋转气流测量装置与方法，以解决离心机内部流场测试实验时的内部降温问题和测量内部气流各项参数时对流场本身的干扰问题，达到在离心机内部降温的同时准确测量内部气流各项参数的效果。
6.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
7.一种大型超重力离心机降温和旋转气流测量装置，包括换热器、框架、温度测量板、压力测量板、空速测量板、换热系数测量板、中心温度传感器和绝对压力传感器，所述换热器包括四片弧形换热单元，围成一个带四个间隙的圆柱面，由框架固定成一个整体，所述温度测量板、压力测量板、空速测量板和换热系数测量板分别嵌设在四个间隙内，与换热器的四片弧形换热单元共同构成完整的圆柱面，所述中心温度传感器和绝对压力传感器位于离心机转轴附近。
8.优选地，所述温度测量板包括若干个总温传感器。
9.优选地，所述压力测量板包括若干个引压孔和静压管，所述引压孔穿透压力测量板，所述静压管位于压力测量板后侧。
10.优选地，所述空速测量板包括若干个空速管。
11.优选地，所述换热系数测量板包括若干个换热系数测量装置，所述换热系数测量装置正面与换热系数测量板正面齐平，避免对气流造成干扰。
12.优选地，一种大型超重力离心机降温和旋转气流测量装置的测量方法，包括以下步骤：
13.s1、通过中心温度传感器和绝对压力传感器测量离心机机室中心处的温度与绝对压力；
14.s2、若干个总温传感器利用气流滞止效应测量近壁面处高速气流的滞止温度，即高速气流的总温；
15.s3、将引压孔和静压管的引出压力进行比较测量，可测得离心机旋转气流造成的压力测量板两侧压力差，由于压力测量板与换热器共同构成完整的圆柱面，二者所处位置相当，测得的压力测量板两侧压力差等价于换热器的两侧压力差；
16.s4、将绝对压力传感器和静压管的引出压力进行比较测量，可测得离心机旋转气流造成的惯性离心力引起的转轴中心与机室边缘的压力差，即离心压力差；
17.s5、结合绝对压力传感器、离心压力差和换热器的两侧压力差，可以获得换热器背面和正面的绝对压力；
18.s6、通过空速管测量气流速度，分别引出气流总压和静压并测量压力差，解算出气流的动压和速度；
19.s7、换热系数测量装置通过反向热流法，利用测得的壁面热流密度和壁面换热温差计算获得壁面对流换热系数。
20.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
21.1、本技术通过采用一体化设计，测量气流参数的同时实现离心机降温；本技术主体结构为完整圆柱形，不过多深入流场，避免对气流产生干扰；采用完善的对流换热系数测量、计算、修正方法，获得高精度的对流换热系数测量结果；本技术提供的测量装置与方法，以解决离心机内部流场测试实验时的内部降温问题和测量内部气流各项参数时对流场本身的干扰问题，达到在离心机内部降温的同时准确测量内部气流各项参数的效果。
附图说明
22.图1示出了根据本发明实施例提供的一种大型超重力离心机降温和旋转气流测量装置主体结构示意图；
23.图2示出了根据本发明实施例提供的温度测量板结构示意图；
24.图3示出了根据本发明实施例提供的压力测量板结构示意图；
25.图4示出了根据本发明实施例提供的空速测量板结构示意图；
26.图5示出了根据本发明实施例提供的换热系数测量板结构示意图。
27.图例说明：
28.1、换热器；2、框架；3、温度测量板；31、总温传感器；4、压力测量板；41、引压孔；42、静压管；5、空速测量板；51、空速管；6、换热系数测量板；61、换热系数测量装置；7、中心温度传感器；8、绝对压力传感器。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
30.请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：
31.一种大型超重力离心机降温和旋转气流测量装置，包括换热器1、框架2、温度测量板3、压力测量板4、空速测量板5、换热系数测量板6、中心温度传感器7和绝对压力传感器8，换热器1包括四片弧形换热单元，围成一个带四个间隙的圆柱面，由框架2固定成一个整体，温度测量板3、压力测量板4、空速测量板5和换热系数测量板6分别嵌设在四个间隙内，与换热器1的四片弧形换热单元共同构成完整的圆柱面，中心温度传感器7和绝对压力传感器8位于离心机转轴附近，测量离心机机室中心处的温度与绝对压力。
32.具体的，如图2所示，温度测量板3包括若干个总温传感器31，其利用气流滞止效应测量近壁面处高速气流的滞止温度，即高速气流的总温，如图3所示，压力测量板4包括若干个引压孔41和静压管42，引压孔41穿透压力测量板4，引出其正面的气流的压力，静压管42位于压力测量板4后侧，引出其背后的空气静压。
33.具体的，如图4所示，空速测量板5包括若干个空速管51，用于测量近壁面处的空速，如图5所示，换热系数测量板6包括若干个换热系数测量装置61，换热系数测量装置61正面与换热系数测量板6正面齐平，避免对气流造成干扰。
34.一种大型超重力离心机降温和旋转气流测量装置的测量方法，包括以下步骤：
35.s1、通过中心温度传感器7和绝对压力传感器8测量离心机机室中心处的温度与绝对压力；
36.s2、若干个总温传感器31利用气流滞止效应测量近壁面处高速气流的滞止温度，即高速气流的总温；
37.s3、将引压孔41和静压管42的引出压力进行比较测量，可测得离心机旋转气流造成的压力测量板4两侧压力差，由于压力测量板4与换热器1共同构成完整的圆柱面，二者所处位置相当，测得的压力测量板4两侧压力差等价于换热器1的两侧压力差；
38.s4、将绝对压力传感器8和静压管42的引出压力进行比较测量，可测得离心机旋转气流造成的惯性离心力引起的转轴中心与机室边缘的压力差，即离心压力差；
39.s5、结合绝对压力传感器8、离心压力差和换热器1的两侧压力差，可以获得换热器1背面和正面的绝对压力；
40.s6、通过空速管51测量气流速度，分别引出气流总压和静压并测量压力差，解算出气流的动压和速度；
41.s7、换热系数测量装置61通过反向热流法，利用测得的壁面热流密度和壁面换热温差计算获得壁面对流换热系数。
42.本技术通过采用一体化设计，测量气流参数的同时实现离心机降温；本技术主体结构为完整圆柱形，不过多深入流场，避免对气流产生干扰；采用完善的对流换热系数测量、计算、修正方法，获得高精度的对流换热系数测量结果；本技术提供的测量装置与方法，以解决离心机内部流场测试实验时的内部降温问题和测量内部气流各项参数时对流场本身的干扰问题，达到在离心机内部降温的同时准确测量内部气流各项参数的效果。
43.实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可
以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。