Техника низкотемпературного эксперимента: Методические указания и контрольная работа, страница 7

– для алюминия  А = 1,073·10^–2; В = 6,42·10^–5;

– для меди           А = 1,478·10^–2; В = 5,12·10^–5;

– для нержавеющей стали  А = 3,949·10^–2; В = 1,214·10^–5.

Массовый расход гелия, испаряющегося из внутреннего сосуда, при принятой  температуре экрана определяется из рассчитанного значения Q_эв

m = Q_эв/r_He ,                                             (6)

где r_He – теплота фазового перехода гелия при испарении, соответствующая  Р = 0,101 МПа.

При определении температуры экрана Т_э целесообразно на основании данных, рассчитанных для нескольких значений Т_э, построить график зависимостей m = f (T_э).

Примерный вид этих зависимостей показан на рис. 2.

Кривая 1 строится по урав-нению (4), где Q_э = f (T_э), а m определяется по уравнению (6);  кривая 2 строится по уравнению (5), где величины m рассчи-тываются исходя из значений Q_э, полученных по уравнению (4), и принятых разностей температур Т₂–Т₂. Ордината и абсцисса точки пересечения этих кривых даст со-ответственно искомые значения m_иск и Т_э , для которых имеет мес-то равенство правых частей урав-нений (4) и (5). Теплофизические свойства гелия принимаются по данным [4].

Литература: [2], с. 25–30; 35–39.

КОНТРОЛЬНАЯ  РАБОТА

Произвести тепловой расчет безазотного гелиевого криостата. Внутренний диаметр D и высота гелиевого резервуара Н выбираются по последней цифре шифра студента:

Диаметр горловины криостата d выбирается по предпоследней цифре шифра студента:

Дополнительные исходные данные для расчета:

– длина горловины l = 400 мм;

– материал наружного кожуха – алюминий;

– материал экрана – медь;

– материал внутреннего сосуда – нержавеющая сталь;

– температура кожуха Т₁ = 300 К;

– жидкий гелий в криостате находится под постоянным давлением Р = 0,101 МПа;

– материал механических связей – нержавеющая сталь;

– число механических связей между кожухом и экраном n₁ = 3;

– число механических связей между экраном и внутренним сосудом n₂ = 3;

– длина механических связей между кожухом и экраном (расстояние между кожухом и экраном) l₁ = 15 мм;

– диаметр механических связей d₁ = d₂ = 1,5 мм;

– длина механических связей между экраном и внутренним сосудом (расстояние между экраном и внутренним сосудом) l₂ = 10 мм;

– дополнительное количество теплоты Q_доп, подводимой к жид-кому гелию от объекта охлаждения, принимается равной 0,1 Вт.

Значение теплопроводности для нержавеющей стали в зависимости от температуры может быть выбрано по данным, приведенным в таблице.

В объем работы входит:

1. Определение поверхности кожуха, экрана и внутреннего резервуара криостата.

2. Для принятой произвольной температуры экрана Т_э определение приведенной степени черноты кожуха и экрана, экрана и внутреннего сосуда, расчет составляющих количеств теплоты, входящих в уравнение (2) и (3), определение Q_э (по уравнению (4) и массового расхода испарившегося гелия m (по уравнениям (5) и (6)), сравнение значений m, полученных из уравнений (5) и (6) и в случае их неравенства проведение повторного расчета для нового значения температуры Т_э.