7.3.3.2 Требования к теплообменникам

Для мощных рефрижераторов растворения требования к теплообменникам могут быть весьма серьезными. Кроме ожидаемой близости к упомянутому выше идеальному поведению системы, теплообменники должны иметь малые объемы, такие, чтобы жидкости быстро достигали температурного равновесия, небольшие сопротивления, такие, чтобы вязкостный нагрев, обусловленный течением жидкости, был по возможности минимальным, также должно быть малым тепловое сопротивление между потоками, чтобы получить между ними хорошее тепловое равновесие. Это последнее требование имеет особое значение и возвращает нас к тепловому граничному сопротивлению между различными материалами, рассмотренному в разд. 4.3.2.

Тепловое граничное сопротивление между гелием и другими материалами определяется следующим образом:

 for_01_07_44

при Т > 20 мК, где А [м2] — площадь контакта. Типичные значения константы a, полученные из эксперимента, составляют ac ≈ 0,05 (3Не) и ad ≈ 0,02 (гелиевые растворы), см. разд. 4.3.2; но, конечно, они зависят от свойств тел, соприкасающихся с жидким гелием. В теплообменнике рефрижератора растворения оба сопротивления включены последовательно, и т.к. ac > ad , то мы имеем Аc < Ad .

Например, для Q = 0,1 мВт, А = 0,1 м2 и T = 100 мК мы имели бы ΔT ~ 50 мК для 3Не. Или при более низкой T, с Q = 0,01 мВт, A = 10 м2 и T = 20 мК мы получили бы ΔT ~ 6 мК. Оба температурных скачка неприемлимо велики, поэтому мы должны либо уменьшить тепловой поток Q, либо увеличить площадь поверхности А. Обычно, чтобы преодолеть сопротивление Капицы в теплообменнике при Т < 0,1 К, требуется много квадратных метров площади поверхности. Так как тепловое граничное сопротивление растет с понижением температуры, это особенно важно для камеры растворения, где необходимы площади поверхности от нескольких 10 м2 до нескольких 100 м2 в зависимости от n3 и Тmc [7.2-10,33-37].

 

View one comment on “7.3.3.2 Требования к теплообменникам

Comments are closed.