Определение взаимосвязи радиуса паровой плёнки с проницаемостью пористой структуры при кипении сверхтекучего гелия при условиях микрогравитации ^*

П.В. Королев, А.П. Крюков, Ю.Ю. Пузина

Национальный исследовательский университет «МЭИ», Россия

Рассматривается кипение сверхтекучего гелия на цилиндрическом нагревателе, помещенном внутрь коаксиальной пористой оболочки, в условиях теоретической невесомости. Расчет стационарных процессов переноса на межфазной поверхности проводится с использованием методов молекулярно-кинетической теории. Движение нормального компонента сверхтекучей жидкости в порах описывается уравнениями, учитывающими особенности тепломассопереноса в сверхтекучем гелии, а также специфику строения материала оболочки. В итоге получено соотношение для расчета величины коэффициента проницаемости пористой структуры, которая (при заданных геометрических размерах экспериментальной ячейки) необходима для получения на поверхности цилиндрического нагревателя паровой пленки требующейся толщины.

Постановка задачи и математическая модель

Рис. 1. Объект исследования.

Анализ результатов расчетов

Рис. 2. Влияние свойств пористой оболочки на размер
стационарной паровой пленки в интервале температур 0,9–1,7К.

Рис. 3. Влияние свойств пористой оболочки на размер
стационарной паровой пленки в интервале температур 1,7–2,1К.

Заключение

Получено соотношение, явно связывающее толщину паровой пленки при стационарном кипении Не-II на цилиндрической греющей поверхности со структурными характеристиками и размерами цилиндрической пористой оболочки и находящегося внутри нее нагревателя. Данное соотношение позволяет рассчитать необходимый для получения желаемой толщины паровой пленки коэффициент проницаемости пористой структуры при известных ее размерах (или наоборот геометрические размеры пористого тела при заданной проницаемости). Результат может найти применение при проектировании экспериментальной ячейки для исследования кипения Не-II в условиях микрогравитации.

Эта страница оформлена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект №13-08-00673).

Список обозначений

Не-II — сверхтекучий гелий;
d — диаметр греющего элемента, м;
f_GM(T) — функция Гортера-Меллинка, К·м⁵/Вт³;
k — коэффициент проницаемости, м²;
Kn — число Кнудсена;
Н — толщина цилиндрической пористой оболочки, м;
q — удельный тепловой поток, Вт/м²;
Р — давление, Па;
R — индивидуальная газовая постоянная, Дж/(кг·К);
R₀ — внутренний радиус пористой оболочки, м;
r — текущий радиус, м;
S — энтропия, Дж/(кг·К);
Т — температура, К;
V — скорость, м/с;
ΔP — перепад давлений, Па;
σ — толщина паровой пленки, м;
η — вязкость, Па·с;
ρ — плотность, кг/м³;
Индексы:
i — относится к межфазной поверхности пар-жидкость;
n — относится к нормальному компоненту Не-II;
s — относится к линии насыщения;
w — относится к межфазной границе пар-нагреватель;
ср — средние значения величин;
’ — относится к параметрам жидкости;
” — относится к параметрам пара.

* Королев П.В., Крюков А.П., Пузина Ю.Ю. Взаимосвязь толщины паровой пленки со структурными характеристиками пористой оболочки при кипении сверхтекучего гелия в условиях микрогравитации // Тезисы Шестой Российской Национальной Конференции по Теплообмену. – М.: Издательский дом МЭИ, 2014. – Т. 2. – С. 51-52.

Королев П.В., Крюков А.П., Пузина Ю.Ю. Взаимосвязь толщины паровой пленки со структурными характеристиками пористой оболочки при кипении сверхтекучего гелия в условиях микрогравитации // Труды 6-ой Российской Национальной Конференции по Теплообмену. – М.: Издательский дом МЭИ, 2014. – С4-19.

Следующая страница: Течение гелия-II в канале с пористой вставкой при безвихревом сверхтекучем движении