Течение гелия-II в канале с пористой вставкой при безвихревом сверхтекучем движении*

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

ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский университет «МЭИ»

Рассматриваются процессы тепломассопереноса при движении сверхтекучего гелия (Не-II) в канале, заполненном пористым материалом на определенном участке длины. Тепловой поток направлен вдоль оси канала таким образом, что вблизи нагревателя образуется паровая пробка. Расчет стационарных процессов переноса на межфазных поверхностях проводится с использованием методов молекулярно-кинетической теории. Движение гелия-II в порах описывается уравнениями, учитывающими особенности тепломассопереноса в квантовой жидкости. Выведено соотношение, связывающее длину пористой вставки и скорость жидкости. Рассмотрены различные режимы движения нормального (ламинарное и турбулентное) компонента при безвихревом сверхтекучем движении. Получено, что при определенной длине пористой вставки возможно движение гелия-II к нагревателю. Построены зависимости реверсивной длины от структурных параметров пористой засыпки и теплового потока. Результаты выполненных расчетов анализируются путем сопоставления с ранее полученными данными для течения He-II в одиночном капилляре.

Постановка задачи

Рис. 1. Постановка задачи

Рис. 2. Монодисперсная засыпка и коэффициент проницаемости

Карта режимов течения

Рис. 3. Критические тепловые потоки и карта режимов течения

A. Ламинарный режим нормального движения

Рис. 4. Зависимость критической длины

B. Турбулентное нормальное движение

Рис. 5. Зависимость критической длины

Примеры расчета для температуры 2K

Заключение

В результате анализа режимов течения нормального компонента гелия-II в канале с паром при наличии пористой вставки с заданными структурными характеристиками, установлено, что при определенной длине пористой засыпки возможно движение жидкой перемычки к нагревателю. Построена карта режимов нормального и сверхтекучего движений для разных диаметров монодисперсной засыпки в зависимости от теплового потока. Получены величины реверсивных длин пористой засыпки при безвихревом режиме сверхтекучего движения. Значение реверсивной длины зависит от структурных характеристик пористой вставки, от величины теплового потока в канале и температуры жидкости. Рассчитаны зависимости реверсивной длины от диаметра частиц монодисперсной засыпки и плотности теплового потока.

Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект №17-08-00805).

———————————————————

* Пузина Ю.Ю., Королев П.В., Крюков А.П., «Течение гелия-II в канале с пористой вставкой при безвихревом сверхтекучем движении» // Вестник МЭИ, 2017. №4. С. 8–14. DOI: 10.24160/1993-6982-2017-4-8-14

Следующая страница: Эксперимент по кипению He-II на цилиндрическом нагревателе внутри пористой структуры