Сверхнизких температур

11-2. ТЕПЛООТДАЧА ПРИ СВЕРХКРИТИЧЕСКОМ СОСТОЯНИИ ВЕЩЕСТВА

Можно указать некоторые литературные источники, в которых приводятся сведения о теплоотдаче при сверхкритическом состоянии: вещества [Л. 80, 81, 101, 145, 146, 203].

11-2. Теплоотдача ,при сверхкритическом состоянии вещества ... . . 247

Функция ejj представляет собой зависимость безразмерной энергии движущейся жидкости от относительной глубины потока х, где Xj < х < < х2 , при сохранении горизонтальности потока и 'неизменных значениях q и П, заданных в сверхкритическом состоянии. Если сверхкритическая координата Xi меняется на любую малую, но конечную величину Ддс, , то для удержания формы течения необходима сила АрВН. Если такой силы не будет, то Axi возрастает до тех пор, пока не станет Д*! =хг - xt , т. е. при любом малом, но конечном изменении координаты Axj возникает дальнейшее изменение координаты хг до подкритической х2 . Подкрити-ческая же координата х2 не может изменяться без увеличения энергии жидкости. Оба состояния с глубиной хг и х2 являются состоянием равновесия формы течения, так как в них при бесконечно малом изменении

характеризует устойчивое равновесие в любом подкритическом состоянии, а максимум ее — Неустойчивое равновесие в любом сверхкритическом состоянии. Это свидетельствует о том, что функция е^ является функцией Ляпунова, построенной им в работе [37]. В этой работе для вращающихся эллипсоидов жидкости, частицы которой притягиваются друг к другу по закону Ньютона, построена функция

ческим и подкритическим, соответствующая ей кривая начинаете? в сверхкритическом состоянии и заканчивается в подкритическом, т. е, имеет начало и конец, общие с кривой еп (х) ; ни одна ордината е (х) не может быть выше ,еп , в сверхкритическом состоянии и ниже еп 2 в под-критическом, а в конечных точках она имеет касательные, общие с касательной к ej, т. е. минимум и максимум е(х) совпадают с минимумом и максимумом еп (х) ;

г) из вида функции еп следует, что подкритическое состояние отвечает минимуму кинетической энергии в горизонтальном потоке с заданным расходом и импульсом. Тем самым разъясняется физический смысл гидравлического прыжка: в нем частично диссипируется, частично обращается в потенциальную энергию избыток кинетической энергии, который имеется в сверхкритическом состоянии, не являющийся необходимым для поддержания заданного импульса П при заданном расходе.

Рис. 4.4. Схема гидравлического прыжка во вращающемся цилиндрическом потоке (FI, r2 — радиусы свободной поверхности в сверхкритическом и подкрити-ческом соотношениях; R - радиус трубы; 1—1 - контрольное сечение в сверхкритическом состоянии, 2-2 - в под-критическом)

Уравнение (4.48) свидетельствует о том, что только в сверхкритическом состоянии, в котором v > V gH и глубина потока возрастает, прохождение волны по невозмущенному потоку дает —- < 0. Для подкри-

Расчет по этому уравнению дает зависимость радиуса свободной поверхности в сверхкритическом состоянии от д (рис. 5.9). Переход же к под-критическому состоянию по уравнению гидравлического прыжка в потенциальном поле скоростей характеризуется кривой 5. Кривая / хорошо согласуется с двумя экспериментальными точками сверхкритического состояния в потенциальном потоке [40], а кривая 5 также согласуется со всеми известными подкритическими состояниями потенциального потока. 94

Существование гидравлического прыжка при формировании подкри-тического вращающегося потенциального потока тангенциальным подводом жидкости к трубке находит и экспериментальные подтверждения. В упоминавшихся ранее экспериментах на стеклянной трубке диаметром 15 мм установлено, что поток примерно потенциальный подкритический. Затраты же энергии на прокачку, с точностью до гидравлических потерь в щели, удовлетворительно согласуются с энергией потока в сверхкритическом состоянии. Это свидетельствует о существовании подтопленного

Пористые высокотеплопроводные металлы используются также и при изготовлении теплообменников сосредоточенного теплообмена (дискретного типа) для получения сверхнизких температур. Предельно развитая поверхность теплообмена пористой структуры позволяет уменьшить граничное термическое сопротивление Капицы, вызывающее температурный скачок на границе раздела жидкость - твердое тело, через которую передается теплота. Такой теплообменник представляет собой блок, содержащий две камеры, заполненные проницаемым высокотеплопроводным материалом с большой удельной поверхностью Обычно и пористая матрица и блок выполняются из меди. При растворении Не3 в Не4 на пористой насадке в одной из камер температура получаемой смеси может понизиться до 0,011 К- За счёт этого происходит охлаждение всего блока и протекающего через другую камеру потока Не3.

Установки для получения сверхнизких температур

Своеобразная экспансия, стремление расширить диапазоны возможного во всех направлениях — характерная черта развития всех областей науки и техники вовсе времена. Получение сверхвысоких и сверхнизких температур, использование глубочайшего вакуума и сверхвысоких давлений, сверхпрочных, сверхпластичных и сверхпроводящих материалов, исследование взаимодействия частиц сверхвысоких энергий — каждое новое «сверх» означает еще один шаг вперед на пути научно-технического прогресса.

Тензорезисторы для измерения деформаций в экстремальных условиях. В Институте машиноведения разработаны четыре типа тензорезисторов и предназначены для определения напряженно-деформированного состояния элементов конструкций, работающих в условиях воздействия высоких и сверхнизких температур, сильных магнитных полей, ионизирующих излучений. Области применения — энергетика, металлургия, транспорт и др. Возможное использование в качестве первичных преобразователей — в различных датчиках механических величин. Расширение диапазона рабочих условий достигнуто применением новых материалов и технологических процессов.

В качестве термометрических материалов для термометров сопротивления используются медь (при температурах до 10)—150° С), никель (до 200-250° С), железо (до 100—150° С), свинец (при низких температурах) и фосфористая бронза (в области сверхнизких температур). ;

Необходимо сказать, что метод адиабатического размагничивания не является единственным средством получения сверхнизких температур. Известны еще два метода: метод адиабатического намагничивания сверхпроводников (в отличие от адиабатического размагничивания температура в этом случае меняется не плавно, а скачком) и метод продавливания жидкого гелия II через узкие щели порядка 10~3мм, (так называемый механокалорический эффект).

В качестве термометрических материалов для термометров сопротивления используются медь (при температурах до 100—150° С), никель (до 200—250° С), железо (до 100—150° С), свинец (при низких температурах) и фосфористая бронза (в области сверхнизких температур)-

При определенных условиях работы применяют синтетические смазочные материалы. Наиболее распространенными синтетическими маслами являются диэфир-ные — сложные эфиры карбоновых кислот. Эти масла превосходят минеральные по смазочным свойствам, однако они весьма активны по отношению к резине, что исключает их широкое применение в узлах трения с резиновыми уплотнениями. Для очень высоких или сверхнизких температур применяют неоптиловые масла, которые представляют собой эфиры неоптиловых кислот.

В условиях сверхвысоких и сверхнизких температур, вакуума, радиоактивного излучения и т. п. применяют твердые смазочные материалы (ТСМ) или твердые смазочные покрытия (ТСП). Наибольшее применение получили дисульфид молибдена (MoS2), графит, диселенид молибдена (MoSe2), дисульфид вольфрама (WS2), фто-ропласт-4 (иначе ПТФЭ), фталоцианин меди (QzHieNgSCu, фталоцианин железа (СзгН16Ы8)Ре и др. Наибольшее распространение для влажной среды получил графит, для сухой — дисульфид молибдена. Более подробно об этом см. в работе [7]. Применяют также гальванические покрытия мягкими металлами (олово, свинец, цинк, серебро, медь, железо). Однако в открытых (негерметичных) узлах трения применение ТСМ или

При определенных условиях работы применяют синтетические смазочные материалы. Наиболее распространенными синтетическими маслами являются диэфир-ные — сложные эфиры карбоновых кислот. Эти масла превосходят минеральные по смазочным свойствам, однако они весьма активны по отношению к резине, что исключает их широкое применение в узлах трения с резиновыми уплотнениями. Для очень высоких или сверхнизких температур применяют неоптиловые масла, которые представляют собой эфиры неоптиловых кислот.

В условиях сверхвысоких и сверхнизких температур, вакуума, радиоактивного излучения и т. п. применяют твердые смазочные материалы (ТСМ) или твердые смазочные покрытия (ТСП). Наибольшее применение получили дисульфид молибдена (MoS2). графит, диселенид молибдена (MoSe2), дисульфид вольфрама (WS2), фто-ропласт-4 (иначе ПТФЭ), фталошшиин меди (C32H6N8)Cu, фталоцианин железа (C32Hi6N8)Fe и др. Наибольшее распространение для влажной среды получил графит, для сухой — дисульфид молибдена. Более подробно об этом см. в работе [7]. Применяют также гальванические покрытия мягкими металлами (олово, свинец, цинк, серебро, медь, железо). Однако в открытых (негерметичных) узлах трения применение ТСМ или