Илья Арсланович Корняков - аспирант, кафедра низких температур.
111250, Москва, ул. Красноказарменная, д. 14, стр. 1
Ilya A. Kornyakov - Graduate Student, Low Temperature Department.
14 Krasnokazarmennaya Str., building 1, Moscow 111250
Юлия Юрьевна Пузина - кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой низких температур.
111250, Москва, ул. Красноказарменная, д. 14, стр. 1
Yulia Yu. Puzina - Cand. Sci. (Eng.), Assoc. Prof., Head of the Low Temperature Department.
14 Krasnokazarmennaya Str., building 1, Moscow 111250
Цель. Целью работы является исследование процессов тепломассопереноса при кипении He–II как криоагента на плоской поверхности нагрева внутри цилиндрического канала при глубинах погружения, сопоставимых с его высотой.
Метод. Исследование основано на применении методов термодинамического анализа, натурного и вычислительного моделирования процессов и объектов криогенной техники.
Результат. Представлена схема экспериментальной ячейки, а также методика проведения эксперимента и обработки данных. Внимание уделяется поведению межфазной поверхности в зависимости от различных параметров эксперимента: давления над зеркалом жидкости, удельной тепловой нагрузки и высоты столба жидкости над нагревательным элементом. Предложена классификация режимов кипения в вертикальном канале в зависимости от визуального характера процессов на межфазной поверхности жидкость-пар. Построены зависимости положения уровня жидкости в канале от времени. Проведено сравнение всех серий, выявлены закономерности между скоростью межфазной поверхности, разностью температур в жидкости и глубиной погружения нагревательного элемента в сверхтекучий гелий. Составлен тепловой баланс для испарившейся жидкости с целью оценки потерь тепла в свободный объем.
Вывод. При разработке и проектировании систем с использованием сверхтекучего гелия в качестве криоагента можно предполагать морфологию межфазной поверхности и соответствующий рабочий режим установки.
Objective. The aim of the work is to study heat and mass transfer processes during He–II boiling as a cryogenic agent on a flat heating surface inside a cylindrical channel at immersion depths comparable to its height.
Method. The study is based on the application of thermodynamic analysis methods, natural and computational modeling of processes and objects of cryogenic engineering.
Result. A schematic of the experimental cell, as well as the methodology for conducting the experiment and data processing, are presented. Attention is paid to the behavior of the interfacial surface depending on various experimental parameters: pressure above the liquid surface, specific heat load and the height of the liquid column above the heating element. A classification of boiling regimes in a vertical channel depending on the visual nature of the processes at the liquid-vapor interfacial surface is proposed. Dependences of the position of the liquid level in the channel on time are constructed. All series were compared, regularities between the interfacial surface velocity, the temperature difference in the liquid and the immersion depth of the heating element in superfluid helium were revealed. A heat balance for the evaporated liquid was compiled in order to estimate heat losses into free volume.
Conclusion. When developing and designing systems using superfluid helium as a cryogenic agent, one can assume the morphology of the interfacial surface and the corresponding operating mode of the system.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.