Page 45 - 《真空与低温》2026年第2期

164 真空与低温 第 32 卷 第 2 期

节机构精确移动至磁场中心位置。冷却过程由液 对气泡在液氧中的运动行为进行成像记录。随后，
通过调节进口阀门逐步改变入口压力，并同步采集
氮提供低温源，液氮经由真空腔顶部法兰处的 LN 2
入口从储罐输送至低温恒温器内，系统随即开始 相应实验数据。为研究入口温度对气泡形态的影
降温。随着温度逐步降低，腔内气态氧发生冷凝并 响，入口温度 T 3 分别设定为 94 K、98 K 和 102 K。
逐渐充满实验腔体，在此过程中可观察到气泡在液 考虑到底部加热以及不同法兰层之间的过冷效
氧中持续上升的现象。实验过程中，入口压力 pᵢ预 应，对应的 T 2 分别为 92 K、96 K 和 98 K，而实验过
先设定为 0.30 MPa，而液氧实验腔内压力 p o 通过 程中 T 1 始终保持在 99 K± 2 K。通过进一步调整超
调节排气阀开度维持在 0.22 MPa。压力信号被实 导磁体电流，将实验重力水平分别设定为 1g 0 和
时监测，并根据需要对入口阀门进行微调以确保 0.03g 0 ，以开展对比测试。实验结束后，启动液氮低
工况稳定。入口温度 T 3 通过温控仪调节加热棒功 温恒温器内的加热装置，使系统缓慢回升至室温，
率进行控制，而等效重力水平则通过改变施加于超 随后依次关闭氧气供给管路和真空抽气系统，实验
导磁体的电流进行调节。在不同磁体电流条件下， 结束。

液氮罐

气体进口 气/液出口
安全阀
压力表 高压氧气瓶
计算机 顶部法兰
压力控制阀
工业相机
T 1 HT 1
10
580 20
光源 20
y
T 2 HT 1
真空泵 r 10 70
镜头 4
液氧实验腔 5 20
铜带
液氮低温 T 3 HT 1
恒温器
流体实验系统 真空腔 20
T 4
超导磁体 20
（a）测试系统示意图 （b）液氧腔尺寸图（尺寸单位为mm）

图 2 测试系统示意图及液氧腔尺寸图 [31]
Fig. 2 Experimental system overview and structural dimensions of the LOX chamber

2 结果与讨论

吊机 2.1 温度对于气泡上升行为的影响
图 4 展示了重力水平 1g 0 不同入口温度（T 3 =
94 K、98 K、102 K）下，氧气泡在液氧中上升的行
三轴高精调
流体实验系统 节平台 为变化。此时 T 3 = 94 K 时初始氧气泡体积小，上
浮形态维持扁平原球状，最终因冷凝消失在液氧里；
T 3 = 98 K 时初始气泡体积变大，气泡在上升过程中
踏步梯 会发生明显的形变，其轮廓由规整逐渐变得不规则，
超导磁体 控制机柜 上升后最终接触网幕。相较于 T 3 = 94 K 时，气泡
形状的动态变化更为显著；在 T 3 = 102 K 下，初始
氧气气泡体积更大。气泡上升过程中，从初始状态
图 3 实验系统总体布局 [31] 起，气泡在上升时形态在侧向发生延展，上升过程
Fig. 3 The arrangement of the test facility [31] 中气泡形态变化更为复杂。