ВЛИЯНИЕ МОНОДИСПЕРСНОЙ ЗАСЫПКИ НА КОЛЕБАНИЯ СВЕРХТЕКУЧЕГО ГЕЛИЯ В U-ОБРАЗНОМ КАНАЛЕ
Автор: Евгений Александрович Евко
Соавторы: Пузина Ю.Ю.
Организация: НИУ МЭИ, кафедра Низких Температур
Одной из проблем описания гелия-II является отсутствие аналитических подходов к расчету взаимодействия двух движений (нормального и сверхтекучего) при высоких тепловых потоках, в том числе при наличии границы раздела фаз пар - жидкость. Вместе с тем использование гелия для криостатирования сверхпроводящих систем приводит к необходимости разработки теплообменного оборудования устойчивого по отношению к импульсному тепловыделению, приводящему к появлению пара. В то же время многоканальная система должна обеспечивать нераспространение нормальной зоны и сокращение объемов парового пространства.
В работе [1] показано как ведет себя сверхтекучий гелий в U-образном канале. При подаче тепловой нагрузки больше определенной величины в канале возникают постоянные устойчивые колебания с амплитудой и частотой, которые зависят от условий эксперимента: глубины погружения нагревателя, температуры жидкости и тепловой нагрузки.
В настоящей работе для создания стесненных условий в экспериментальной ячейке (U-образном канале) использована засыпка монодисперсных шариков из металлического сплава диаметром 240±5 мкм, которые располагаются в нижней части стеклянной трубки. Для изучения влияния такой пористой среды на поведение сверхтекучего гелия, проведено 18 экспериментальных серий со стационарной удельной тепловой нагрузкой от 12 кВт/м2 до 128 кВт/м2. При подаче нагрузки больше определенной величины на поверхности нагревателя образуется пар, и жидкость начинается двигаться вниз. После этого возможно как достижение стационарного положения границы раздела фаз, так и возникновение низкочастотных колебаний. Характер движения зависит от температуры жидкости в объеме и глубины погружения. В результате обработки видеокадров экспериментов определяется расстояние от нагревателя до межфазной границы He-II – пар (рис. 1). Обнаружены колебания с амплитудой 4-8 мм и частотой 2,3 Гц при среднем давлении 3300 Па. При давлении около 700 Па амплитуда колебаний составляет 1-2 мм, что существенно меньше, чем аналогичные колебания в свободном канале [1] при тех же условиях (амплитуда 80-90 мм). Таким образом, оказывается, что пористая засыпка подавляет развитие колебаний жидкости и границы раздела фаз пар – жидкость, возникающих в сверхтекучей жидкости.
После перехода через l-точку колебания в обычной жидкости (гелий-I) прекращаются, а на внешней поверхности трубки фиксируется возникновение пузырькового режима кипения.
Работа выполнена при поддержке Российского Научного Фонда (проект №23-29-00342).
Литература
1. Евко Е.А., Пузина Ю.Ю., Ячевский И.А. Исследование движения гелия-II в U-образном канале. // Тезисы докладов XXIV Школы-семинара молодых ученых и специалистов имени академика РАН А.И. Леонтьева «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках», 23-27 мая 2023г. Казань: ООО ПК «Астор и Я», 2023 г. стр. 176-177.
