[发明专利]具备温度梯度场的高速旋转实验台及其控制方法

说明书

本发明涉及一种具备温度梯度场的高速旋转实验台及其控制方法，属于温控实验设备领域。包括圆形旋转平台、加热组件、制冷组件、温控系统、驱动组件和支撑平台。圆形旋转平台用于安装固定试验样品、加载温度梯度、并可实现0~5000r/min的旋转运动。加热组件通过感应加热方式对旋转平台进行加热，制冷组件通过冷却液在旋转平台中心部位制冷，温控系统通过测量旋转平台温度并根据所测温度调整实验台的工作参数，在旋转平台径向上含盖‑20℃~500℃的温度区间，实现从旋转平台中心至边缘温度近似线性变化。可用于液滴与实验样品在不同温度梯度及旋转速度下的冷凝、蒸发及动态撞击等多种实验，具有操作便捷、易于维护、便于观察等优点。

技术领域

本发明涉及温控实验设备领域，特别涉及一种具备温度梯度场的高速旋转实验台及其控制方法。可用于液滴与实验样品在不同温度梯度及旋转速度下的冷凝、蒸发及动态撞击等多种实验。在固液接触状态、冷凝传热、集水运输、自清洁材料等研究中具有重要作用。

背景技术

随着科技工业的进步，对材料的表面特性提出了更高的要求，表面科学、流体动力学的研究对实验装备的要求也日益增高。由于实际应用中各种表面存在着旋转运动、温度梯度等特殊情况，而目前的界面研究缺少具有温度梯度控制功能的旋转平台，因此无法充分考虑实际的工况。急需可控温度梯度的旋转平台进行宽温度范围的冷凝、蒸发、离心实验，为观测固液、固气相互作用提供实验基础，对样品材料与表面结构的性能进行观测，在固液接触状态、冷凝传热、集水运输、自清洁材料等研究中具有重要作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具备温度梯度场的高速旋转实验台及其控制方法，解决了现有技术存在的上述问题。本发明可实现0～5000r/min的旋转运动，并在径向上涵盖-20℃～500℃的温度区间，实现从旋转平台中心至边缘温度近似线性变化。实现旋转运动、温度梯度场的加载。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

具备温度梯度场的高速旋转实验台，包括旋转平台3、驱动组件、加热组件、制冷组件、温控系统和支撑平台11；所述加热组件包括感应线圈电源1、感应线圈2和感应线圈固定座8，感应线圈2通过感应线圈固定座8与感应线圈电源1相连，安装于旋转平台3外侧，通过感应线圈2在旋转平台3外边缘产生涡流，对旋转平台3进行非接触式加热；

所述制冷组件包括制冷管路保温层7、冷却管路进水管18、双螺旋冷却喷头19、冷却液回流管路20、循环制冷机6，冷却管路进水管18、双螺旋冷却喷头19、旋转平台3、动力输出轴13、冷却液回流管路20、冷却管路连接法兰17与循环制冷机6构成回路，冷却液往复循环对旋转平台3中心区域制冷；

所述温控系统的四个非接触式温度传感器4等距布置在温度传感器固定支架5上。

所述的感应线圈2采用多匝、半包络式结构，部分线圈固定于旋转平台3外侧，部分固定于旋转平台3边缘的下方，且越靠近旋转平台3中心，线圈线材直径越小。

所述的双螺旋冷却喷头19与冷却管路连接法兰17固连，并与冷却管路进水管18连接，冷却液经双螺旋冷却喷头19与旋转平台3中心区域接触；所述双螺旋冷却喷头19端部伸入到旋转平台3孔径内的环状凹槽内，通过改变冷却液流量，调节对旋转平台3的制冷效果。

所述的旋转平台3上表面沿径向加工有凹槽，在固定试验样品后，动力输出轴13内部仍能保持与大气连通，所述旋转平台3中心下方环形槽外侧，加工有多个T形槽，增加冷却液与旋转平台3的接触面积。所述旋转平台3的下表面加工有斜槽，用于减小由于旋转平台3温度梯度引起的变形。

本发明的另一目的在于提供一种具备温度梯度场的高速旋转实验台的温度控制方法，包括如下步骤：

步骤一、通过工控机输入实验台所要进行试验的实验台中心温度、实验台边缘温度以及转速；