Григорьев В.А., Зорина В.М. - Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент. Справочник (1982) (1062114), страница 70
Текст из файла (страница 70)
Прн погружении экспериментального образца в Не-П давленяе на его поверхвостн будет превышать давленне насыщения на велнчнну гпдростатнческого напора, завнсящего от глубняы погруженяя. Тогдц с одной стороны, в случае появленяя между поверхностью нагрева я Не-П пленки жндкого нлн газообразного Не.!» граница между двумя гелневымн фазамн будет иметь температуру насыщенна, соответствующую местному давленню нв втой границе н, следовательно, разность температур ' Очевядно, пря давлениях, превышающнх давление в-).-точке (см. рйс. 3.1), яад поверхностью могут одновременно еущвст.
вовать две пленкн Не-1 — паровая н жндкостная. 250 Теняообмен в элементах сверхпроводящих сисгелг Равд. 3 на границе раздела фаз Ть н насыщения системы Т, будет зависеть от глубины погружения поверхности нагрева. С другой стороны, экспериментально показано, что температура паровой фазы [жидкой прослойки Не-1) непрерывно меняется от температуры тепловыделяющего элемента Т до температуры раздела фаз Ть Вследствие высокой теплопроводвости Не-И его температура Т. остается по высоте постоянной и независимой от глубины погружения. В результате этого иа границе раздела фаз происходит скачок температуры, изменяющейся от Ть до температуры в объеме ванны Т,.
Существующий скачок температуры иа границе раздела фаз будет определять тепловой поток к Не-11, который также должен зависеть от глубины погружения поверхности нагрева. Тепловой поток аь иа межфазиой границе Не-11 — пар определяется лишь термодинамическими параметрамн системы, такими как температура насыщения Т, и глубина й погружения нагревателя в жидкости и ие зависит от формы н размера нагревателя, плотности теплового потока на его поверхности д и температуры поверхности Т„. Подход к расчету плотности теплового потока дь на межфазиой границе Не-П вЂ п иа основе теории неравновесных процессов испареиия— конденсации содержится в [14), экспериментальное подтверждение этого подхода — в работе [15[.
Эиаиие сь откРывает пУть к постРоению уточненных теоретических решений для теплоотдачл при пленочном кипении Не-П иа поверхностях нагрева любых форм и размеров. Теория ламинариого пленочного кипевня Не-П [доведеиная до расчетных соотношений) иа поверхности горизонтально расположенных цилиндров больших диаметров и вертикальных пластин содержится в [16[, на сферических поверхностях — в[27[.
Изменение ориентации теплоотдающей поверхности е горизонтальной иа вертикальную по некоторым данным не оказывает влияния иа интенсивность теплоотдачи в области пленочного кипении Не-11. Уменыпеиие диаметра образца приводит к увеличению коэффициента теплоотдачи. 3.7. РАСЧЕТ РАСХОДА КРИОАГЕНТА ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ В большинстве случаев при конструировании и расчете криоснстем необходимо знать объем жидкого криоагеита дли охлаждения определенного количества металла. Для определения приближенного расхода криоагеита, необходимого для охлаждения единицы массы металла, можяо воспользоваться кривыми, характеризующими удельный расход жидких криоагеитов [отношение массы жидкости к массе 1О йгг йпг Яэ 0 4О йР 22О !БР 2И 2+О А' Рис.
3.44. Удельный расход жидкого азота при охлаждении различных металлов до 78 К [56[. à — энтальвнйное охлаждение; 2 — беаэнтальнвйное охлажленне; — нержавеюшан сталь: — — — — медь; — — — алюмнннй. 10 2 !Оз 70 ' О ла Тра гйр лэа к Рис. 3.45. Удельный расход жидкого водорода при охлаждении различных металлов до 20 К [56).
à — энтальвнйное охлаждение; 2 — беээнтальпнйное охлаждение; — — нержавеюман сталш — — — — медь; — — — алюминий. твердого тела) при охлаждении, приведенными на рис. 3.44 — 3.46 [57[. На графиках представлены кривые, характеризующие максимальное и минимальное ноличество криоагеита, иеобходи- 251 Особенности расчета геплоприголов в криостаты в 3.8 тпг упл 7ПУ к+1 чГ)7 о — „! ~/' 8„ уп и Рп пп ггп гпп гпп гуп гвпк Рис.
3.46. Удельный расход жидкого гелия при охлаждении различных металлов до 4,2 К [56). т — эптельпианое охлаждение; а — бееелтальплйлое охлежделие; — — аержееещще» сталь; — — — — медь; — — — елем»»ай. мого для охлаждения единицы массы металла: максямальный расход тк шме»с ( ср йт/г (3 33) н минимальный расход к( — ! тмин«м — ( ~срщ~ г+ ( срйт йТ, ти~ [ г, (3.34) где Тж Т„ — начальная и конечная температуры металла; Т, — температура насыщеняя криоагента; ср, с„— теплоемкости металла и жидкости; г — скрытая теплота парообразования. Например, для охлаждения 1 кг меди от 80 до 4,2 К лишь за счет скрытой теплоты парообразованйя нужно прнблизи.
тельно 0,27 кг жидкого гелия. Если же учесть все теплосодержание гелия, то требуется всего 0,022 кг гелия. Когда нет возможности использовать все теплосодержание криоагеита, то значение его расхода будет лежать где-то между кривыми максимума и минимума. 3.8. ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ТЕПЛОПРИТОКОВ В КРИОСТАТЫ В общем случае суммарный приток теплоты в криостат складывается из притоков теплоты через теплоизоляцию, по тепловым мостам (опорам, подвескам и т, п.), по токопроводам (обусловлен как теплопроводностью материала ввода, так и выделением теплоты в нем вследствие прохождении тока). а.а.!.
приток типлотьг ВВРВВ твплоизоляцию Методика расчета притока теплоты через низкотемпературную теплоизоляцим завясит от вида изоляции. Приток теплоты в условиях высоко- вакуумной изоляции равен сумме двух потоков теплоты, обусловленных молекулярным переносом теплоты остаточными газами д„„ и тепловым излучением аее .
Для расчета плотности молекулярного потока теплоты дм«л между двумя параллельными плоскостями нли потока теплоты !лм«, между двумя расположенными одна в другой поверхностями прн Кп»! могут быть рекомендованы следующие соотношения (! 9): д„„=зр и,[т,— т,)(; (з.зб) !)„„-21,)(, [т,р,— т,р,) (! (з.зб) где Š— коэффициент, обусловленный пали. чием внутренних (вращательных) степеней свободы Я 1+е/4).
Например, для газа из одноатомиых молекул т=й и $ =1; для двухатомиого газа «=2 н в„=1,5); )ти — индивидуальная газовая постоянная; тмт()т+т, 6»(! — (),) т, = — ( — в,)( — к т т,р,+т., В,(1-рл) ! — (! — ()»Н! — ()а) 2р Р-2 „([т,+ь т,) р — давление; Т вЂ” температура поверхности; () — коэффициент аккомодации; г" — площадь поверхности. Индексы 1 и 2 относятся соответственно к наружной и внутренней поверхностям. Для практических расчетов могут быть также рекомендованы следующие соотношения: Х (Т,е х — Тих); (3. 37) Рмт ш1 ™ к+1 чГ О„л =))« — 1, — Х к — ! 1' 8п Х Ре (Тпа Тжх) (3. 38) Р ('мт Теплообмен э элементах сверхпроводящих систем Равд.
3 252 где Таблица 3.17 ! в=, Материал поверхности 0,018 0,020 0,008 0,008 у,005 0,0044 0,08 0,05 300 76 4,2 0,030 0,018 0,011 0,035 0,0!8 к — повазатель адиабаты: )! — универсальная газаваи постоянная; М вЂ” молекулярная масса. В этих формулах р и Т можно трах. товать либо иаи давление и температуру газа в вахуумироваияай области, либо хах давление по ввнуумметру и температуру охружающей среды, в которой находятся вахууммегр. Связь между действительной температурой и давлением газа в вахуумированиой системе Т,, р,а и параметрами, измеренными прибором Т ,, р , (эффехт Киудсеиа), может быть приближенно представлена соотношением р,„=,„Ъ т Более точными для расчета потока энергии являхися выражения (3.35) я (3.36), которые ие содержат в явяом виде температуру газа Т, Точность соотношений (3.37) и (3.38) тем больше, чем меньше перепад температур в изоляции.
При больших перепадах температур в вахуумироваииом слое применение этих выражений может дать заметную погрешность. Напрямер, при Те,7Т а= 5 погрешность составляет около 1Оел, при Т,7Т т-40 уже превышает 30а(е. Для расчета теплообмена излучением между двумя параллельно расположенными оболочхами ириостата (или когда одна поверхность иаходитси внутри другой) применимы соотношения (2.197) и (2.199). В большинстве практических расчетов, связанных с передачей теплоты при иизхих температурах, имеют дело с поверхностями, излучательная способность которых находятся в пределах 0,001 — 1,О. В общем случае оиа зависит от физических свойств, температуры и состояния поверхности излучения.
Коэффициент з теплового излучения металлов сиижаегся па мере увеличения их элеитропроводности. Это обстоятельство обусловливает применение в хриогеииых системах (например, для эхранав, отражающих тепловое излучение) таких металлов, хах медь, серебро, алюминий, т. е. металлов, обладающих наивысшей элентропроводиостью.
Полироваиие поверхности уменьшает в, в то время иах загрязнение хорошо отражаиащих поверхностей приводит х его резкому увеличению. Коэффициент теплового излучения также возрастает при уплотнении (вызванном, например, мехаиичесхой обработ- хой) поверхностного слоя металла. Сплавы обычно имеют большее значение з, чем частые металлы. С понижением температуры в металлических поверхностей уменьшается (табл. 3.17). Зависимость в от температуры для металлов Излучательиан способность полупрозрачных тел (таних хах стекла, твердые лаковые покрытия, клей и т.
п.) пря иизннх температурах приближаются х черному телу н находятся в пределах 0,7 — 0,8. Коэффициенты отражения сверхпроводинхов практически яе отличаются от значений хоэффициентов в нормальном состоянии. Пасхальну составляющая са суммарного притока теплоты через высоковакуумиую изоляцию уменьшается пропорциональна снижению давления р в системе, а Оа, ст Р не зависит, то пРи определенной степени разряжения создается ситуация, когда суммарный приток теплоты в систему начинает определяться лишь лучистой составляющей (т. е.
ааааа«ч. ~дате). Расчеты показывают, что создание вакуума выше примерно 1О-' Па становнтся уже нецелесообразным, посхольху, начиная приблизительно с этого давления, дальнейшая отхачха вахуумироваииого пространства ие приводит х заметному снижению суммарного теплового потока н определяющим фактором становятся передача теплоты излучением. Последнее обстоятельство справедливо для всех иизхотемпературяых аппаратов с высоноваиуумной изоляцией.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
