Движение межфазных поверхностей HE-II - пар в капиллярах и при кипении на шаровых нагревателях

• Автор: Медников, Александр Феликсович
• Шифр специальности: 05.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 160 с. : ил.

Глава 1. Процессы на межфазной границе «Не-Н - пар»

1.1. Не-П в каналах

1.1.1. Двухскоростная гидродинамика Не-Н

1.1.2. Термический противоток Не-Н в каналах

1.1.3. Нестационарный теплоперенос в Не-П

1.1.4. Межфазная граница «Не-Н - пар» в каналах

1.2. Кипение Не-П в большом объеме

1.2.1. Межфазный тепловой поток

1.2.2. Кипение на шаровых нагревателях

1.3. Задачи исследования

Глава 2. Установка для экспериментального исследования процессов в Не-П и методы исследований
2.1. Описание экспериментальной установки - общая часть
2.1.1. Экспериментальный стенд
2.1.2. Оптическая система
2.2. Экспериментальные ячейки
2.2.1. Экспериментальная ячейка для изучения движения перемычек Не-П в капиллярах
2.2.2. Экспериментальная ячейка для изучения пленочного кипения на шаре
2.3. Методика измерения электрических параметров нагревателя
2.4. Автоматическая система сбора экспериментальных данных
2.5. Мётодика проведения эксперимента
2.6. Расчет температур и межфазный тепловых потоков
2.7. Погрешности измерений
2.7.1. Погрешность используемых приборов
2.7.2. Погрешности измерения линейных величин на цифровой фотографии
2.7.3. Погрешности измерений сопротивления и теплового потока
Глава 3. Расчет межфазных тепловых потоков
3.1. Расчет межфазного теплового потока в системе с капиллярами
3.2. Расчет скорости движения межфазных границ в капилляре
3.3. Межфазный тепловой поток для пленочного кипения на шаре
Глава 4. Результаты экспериментального исследования движения перемычки Не-Н в капиллярах и радиуса паровой пленки при бесшумовом пленочном кипении Не-П на шаре
4.1. Результаты исследований движения перемычки He-II
4.1.1. Описание экспериментов - общая часть
4.1.2. Движение межфазных поверхностей в капилляре длиной 8 м, заполненном Не-П
4.1.2.1. Движение межфазных поверхностей без колебаний в капилляре длиной 8 м
4.1.2.2. Зависимости температур от времени
4.1.2.3. Анализ результатов
4.1.3. Колебательные режимы движения менисков Не-П в капилляре длиной 8 м
4.1.4. Движение межфазных поверхностей в капилляре длиной 8 см, заполненном Не-П
4.1.5. Характер движения межфазных поверхностей в капиллярах различной длины
4.2. Результаты исследований движения перемычки Не-I
4.3. Результаты исследований пленочного кипения Не-П на шаре
4.3.1. Описание экспериментов
4.3.2. Зависимости температур шара от времени
4.3.3. Анализ результатов
4.3.3.1. Пленочное кипение Не-Н на шаре диаметром 4,8 мм
4.3.3.2. Пленочное кипение Не-Н на шаре диаметром 6,0 мм
4.3.3.3. Зарождение паровой пленки
Заключение и выводы
Содержание диссертации опубликовано в следующих работах
Список литературы
Приложения
Обозначения
с/-диаметр капилляра, мм;
£> - диаметр концевых трубок (открытого и закрытого колена), мм;
Н1 - расстояние от нагревателя до уровня жидкости во внутреннем сосуде Дьюара, мм;
Н2 - расстояние от нагревателя до межфазной поверхности в закрытом колене, мм;
НЗ - расстояние от нагревателя до межфазной поверхности в открытом колене, мм;
I - длина перемычки Не-Н, м;
удельный тепловой поток, поступающий в капилляр диаметром б, Вт/м2;
Я о ~ удельный тепловой поток, поступающий в Не-Н, в концевой трубке диаметром Э, Вт/м;
- удельный тепловой поток, при котором начинается турбулентное течение нормального движения, Вт/м2;
д" - удельный тепловой поток, при котором начинается вихревое сверхтекучее движение, Вт/м2;
Q - тепловой поток, поступающий на мениск Не-П, Вт;
(9/1 - количество теплоты, выделенное на нагревателе, Вт;
(9/0 - тепловой поток, поступающий на межфазную поверхность (мениск) в закрытом колене из пара, Вт;
Оу, - тепловой поток по стенке концевой трубки внутренним диаметром 1 мм, Вт;
(}а - тепловой поток, отводимый от боковой поверхности концевой трубки за счет вынужденной конвекции, Вт; г - удельная теплота парообразования, Дж/кг;
- газовая постоянная для гелия, Дж/(кг-К);
Я-энтропия Не-П, Дж/(кг-К);
АТ- разность температур межфазных границ перемычки Не-Н, К;

2.2. Экспериментальные ячейки
2.2.1. Экспериментальная ячейка для изучения движения перемычек Не-П в капиллярах
При выборе материала, из которого должен быть изготовлен капилляр, требовалось, чтобы он удовлетворял двум условиям. Во первых, теплопроводность материала должна быть одного порядка с теплопроводностью паров гелия при температуре 2 К (~0,004 Вт/(м2 К)). Это условие требуется, чтобы поток теплоты по стенкам капилляра был минимален: тепловой поток должен поступать от нагревателя к межфазной поверхности «Не-Н-пар» в основном через пар, заполняющий пространство между нагревателем и жидкой гелиевой перемычкой. Во-вторых, материал должен быть оптически прозрачным. Самым подходящим материалом можно считать фторопласт (тетрафторэтилен), имеющий теплопроводность 0,011 Вт/(м-К) при 2 К [87] и лучше всех рассмотренных материалов (полиэтилен, стекло, различные типы фторопластов) удовлетворяющий обоим требованиям.
Вместе с тем, при комнатной температуре трубка должна быть достаточно гибкой для монтажа в экспериментальном оборудовании.
Наиболее полно удовлетворяют всем трем предъявляемым требованиям следующие полимерные материалы:
•/ РЕЕК (полиэтерэтеркетон),
/ ЕТЕЕ (Те12е1 - сополимер на основе тетрафторэтилена),
У БЕР (ТеЯоп - полимер на основе тетрафторэтилена),
У Уезре1 (полиимид).
Согласно техническим данным производителя БЕР проявляет свойства, аналогичные основным свойствам наиболее распространенных полимеров на основе тетрафторэтиленов, обладая при этом улучшенной оптической прозрачностью.
Производитель ЕЕР рекомендует капиллярные трубки из этого материала для тех участков, где нужна хорошая гибкость, а механические воздействия не