CC BY
0ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА ФАЗ СВЕРХТЕКУЧИЙ ГЕЛИЙ - ПАР В U-ОБРАЗНОМ КАНАЛЕ С МОНОДИСПЕРСНОЙ ЗАСЫПКОЙ
Пузина Ю.Ю., Крюков А.П.
Национальный исследовательский университет «МЭИ», г. Москва, Россия
Puzina2006@inbox.ru
Исследование теплопередачи в сверхтекучем гелии по-прежнему остается фундаментальной задачей, в том числе для разработки систем криостатирования. В работе представлены экспериментальные данные по движению и стационарным параметрам межфазной поверхности гелий-II - пар в стесненных условиях подобным [1] при воздействии высокоинтенсивного теплового потока.
Экспериментальная ячейка состоит из U-образной прозрачной трубки с внутренним диаметром 16 мм, нижняя часть которой заполнена монодисперсными шариками. В первой части экспериментов использовались шарики диаметром (280 ± 5) мкм из сплава Pb96%Sb4%. Во второй части использовались стальные шарики диаметром 1 мм, а в третьей - шарики (Sn) диаметром 70 мкм. Нагреватель представляет собой плоскую круглую медную пластину, а греющий элемент под этой пластиной - спираль из нихромовой проволоки, расположенная в керамической подложке. Этот узел размещается во фторопластовой втулке, которая закрывает один конец канала. Второе колено U-образной трубки находится в объеме сверхтекучего гелия. Экспериментальная ячейка на штоке располагается внутри гелиевого криостата так, что после заполнения сосуда жидкостью нагреватель оказывается на определенной глубине в объеме сверхтекучего гелия. Над поверхностью насыщенного гелия II поддерживается постоянное давление. Одновременно ведется видеозапись и сбор данных. Давление пара в криостате, мощность нагревателя и глубина погружения автоматически регистрируются во время экспериментов.
Обработка экспериментальных данных заключалась в определении расстояния от нагревателя до границы раздела фаз пар - сверхтекучий гелий на основании покадровой обработки видеозаписей для участка, соответствующего включенному нагревателю. При этом на интервале времени в 10 с определялись среднее давление, частота и амплитуда колебаний. Для засыпок с разными диаметрами частиц получены сходные результаты, отличающиеся от исследования пустого канала [1]. Колебания межфазной поверхности начинаются только при определенном давлении (примерно 3100 Па и 2500 Па соответственно для диаметров 280 мкм и 1 мм). Максимумы амплитуды колебаний при этом (3,3 и 5,9 мм) достигаются около 44004500 Па, после чего идет снижение амплитуды, вплоть до перехода в нормальное состояние, когда колебания прекращаются. Процесс сопровождается увеличением минимального расстояния от нагревателя до границы раздела фаз пар - гелий-II. Частота колебаний (в интервале 2,7-1,6 Гц) в рассматриваемом интервале давлений непрерывно уменьшается. Увеличение диаметра засыпки приводит к увеличению амплитуды колебаний, однако почти не влияет на частоту колебаний, которая зависит от глубины погружения нагревателя.
Работа выполнена при поддержке РНФ, грант №23-29-00342.
Литература
1. Vanderlaan M.H., Van Sciver S.W. He II heat transfer through random packed spheres: Pressure drop. // Cryogenics, 2014. V.63, P. 37-42.
2. Пузина Ю.Ю., Крюков А.П. Движение межфазной поверхности гелий II - пар в U-образном канале. // Теплофизика и аэромеханика, 2023. Т. 30, №4, С. 751-762.
