Кипение He II в пористой структуре при микрогравитации: модельное представление
Представлены результаты моделирования кипения сверхтекучего гелия в условиях микрогравитации. Анализируется эволюция паровой пленки на поверхности цилиндрического нагревателя, расположенного внутри толстостенного цилиндра с пористыми стенками. Для описания процессов тепло- и массопереноса на межфазн...
Збережено в:
| Дата: | 2003 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
2003
|
| Назва видання: | Физика низких температур |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/128870 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Кипение He II в пористой структуре при микрогравитации: модельное представление / И.М. Дергунов, П.В. Королев, А.П. Крюков, Ю.Ю. Селянинова // Физика низких температур. — 2003. — Т. 29, № 6. — С. 653-658. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-128870 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1288702018-01-15T03:04:46Z Кипение He II в пористой структуре при микрогравитации: модельное представление Дергунов, И.М. Королев, П.В. Крюков, А.П. Селянинова, Ю.Ю. 3-й Международный семинар по физике низких температур в условиях микрогравитации Представлены результаты моделирования кипения сверхтекучего гелия в условиях микрогравитации. Анализируется эволюция паровой пленки на поверхности цилиндрического нагревателя, расположенного внутри толстостенного цилиндра с пористыми стенками. Для описания процессов тепло- и массопереноса на межфазной поверхности применяются методы молекулярно-кинетической теории. Решается уравнение движения межфазной поверхности пар-жидкость. Изучено влияние параметров эксперимента на характеристики паровой пленки. Проведено сравнение расчетных данных для микрогравитации и земных условий. The results of a modeling of the boiling of superfluid helium in a microgravity environment are presented. The evolution of the vapor film on the surface of a cylindrical heater placed inside a thick-walled cylinder with porous walls is analyzed. The methods of molecular kinetic theory are used to describe the heat and mass transfer on the interphase surface. The equation of motion of the vapor–liquid interphase surface is solved. The influence of the parameters of the experiment on the characteristics of the vapor film is studied. The results of the calculation for microgravity and terrestrial environments are compared. 2003 Article Кипение He II в пористой структуре при микрогравитации: модельное представление / И.М. Дергунов, П.В. Королев, А.П. Крюков, Ю.Ю. Селянинова // Физика низких температур. — 2003. — Т. 29, № 6. — С. 653-658. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 0132-6414 PACS: 05.70.Ln, 05.70.Jk http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/128870 ru Физика низких температур Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
3-й Международный семинар по физике низких температур в условиях микрогравитации 3-й Международный семинар по физике низких температур в условиях микрогравитации |
| spellingShingle |
3-й Международный семинар по физике низких температур в условиях микрогравитации 3-й Международный семинар по физике низких температур в условиях микрогравитации Дергунов, И.М. Королев, П.В. Крюков, А.П. Селянинова, Ю.Ю. Кипение He II в пористой структуре при микрогравитации: модельное представление Физика низких температур |
| description |
Представлены результаты моделирования кипения сверхтекучего гелия в условиях микрогравитации. Анализируется эволюция паровой пленки на поверхности цилиндрического нагревателя, расположенного внутри толстостенного цилиндра с пористыми стенками. Для описания процессов тепло- и массопереноса на межфазной поверхности применяются методы молекулярно-кинетической теории. Решается уравнение движения межфазной поверхности пар-жидкость. Изучено влияние параметров эксперимента на характеристики паровой пленки. Проведено сравнение расчетных данных для микрогравитации и земных условий. |
| format |
Article |
| author |
Дергунов, И.М. Королев, П.В. Крюков, А.П. Селянинова, Ю.Ю. |
| author_facet |
Дергунов, И.М. Королев, П.В. Крюков, А.П. Селянинова, Ю.Ю. |
| author_sort |
Дергунов, И.М. |
| title |
Кипение He II в пористой структуре при микрогравитации: модельное представление |
| title_short |
Кипение He II в пористой структуре при микрогравитации: модельное представление |
| title_full |
Кипение He II в пористой структуре при микрогравитации: модельное представление |
| title_fullStr |
Кипение He II в пористой структуре при микрогравитации: модельное представление |
| title_full_unstemmed |
Кипение He II в пористой структуре при микрогравитации: модельное представление |
| title_sort |
кипение he ii в пористой структуре при микрогравитации: модельное представление |
| publisher |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| publishDate |
2003 |
| topic_facet |
3-й Международный семинар по физике низких температур в условиях микрогравитации |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/128870 |
| citation_txt |
Кипение He II в пористой структуре при микрогравитации: модельное представление / И.М. Дергунов, П.В. Королев, А.П. Крюков, Ю.Ю. Селянинова // Физика низких температур. — 2003. — Т. 29, № 6. — С. 653-658. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| series |
Физика низких температур |
| work_keys_str_mv |
AT dergunovim kipenieheiivporistojstruktureprimikrogravitaciimodelʹnoepredstavlenie AT korolevpv kipenieheiivporistojstruktureprimikrogravitaciimodelʹnoepredstavlenie AT krûkovap kipenieheiivporistojstruktureprimikrogravitaciimodelʹnoepredstavlenie AT selâninovaûû kipenieheiivporistojstruktureprimikrogravitaciimodelʹnoepredstavlenie |
| first_indexed |
2025-07-09T10:08:09Z |
| last_indexed |
2025-07-09T10:08:09Z |
| _version_ |
1837163552706658304 |
| fulltext |
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2003, ò. 29, ¹ 6, ñ. 653–658
Êèïåíèå He II â ïîðèñòîé ñòðóêòóðå ïðè
ìèêðîãðàâèòàöèè: ìîäåëüíîå ïðåäñòàâëåíèå
È.Ì. Äåðãóíîâ, Ï.Â. Êîðîëåâ, À.Ï. Êðþêîâ, Þ.Þ. Ñåëÿíèíîâà
Ìîñêîâñêèé ýíåðãåòè÷åñêèé èíñòèòóò, êàôåäðà íèçêèõ òåìïåðàòóð
óë. Êðàñíîêàçàðìåííàÿ, 14, ã. Ìîñêâà, 111250, Ðîññèÿ
E-mail: apk@mcsa.ac.ru
Ñòàòüÿ ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 19 äåêàáðÿ 2002 ã.
Ïðåäñòàâëåíû ðåçóëüòàòû ìîäåëèðîâàíèÿ êèïåíèÿ ñâåðõòåêó÷åãî ãåëèÿ â óñëîâèÿõ ìèêðî-
ãðàâèòàöèè. Àíàëèçèðóåòñÿ ýâîëþöèÿ ïàðîâîé ïëåíêè íà ïîâåðõíîñòè öèëèíäðè÷åñêîãî íàãðå-
âàòåëÿ, ðàñïîëîæåííîãî âíóòðè òîëñòîñòåííîãî öèëèíäðà ñ ïîðèñòûìè ñòåíêàìè. Äëÿ îïèñàíèÿ
ïðîöåññîâ òåïëî- è ìàññîïåðåíîñà íà ìåæôàçíîé ïîâåðõíîñòè ïðèìåíÿþòñÿ ìåòîäû ìîëåêóëÿð-
íî-êèíåòè÷åñêîé òåîðèè. Ðåøàåòñÿ óðàâíåíèå äâèæåíèÿ ìåæôàçíîé ïîâåðõíîñòè ïàð—æèä-
êîñòü. Èçó÷åíî âëèÿíèå ïàðàìåòðîâ ýêñïåðèìåíòà íà õàðàêòåðèñòèêè ïàðîâîé ïëåíêè. Ïðîâå-
äåíî ñðàâíåíèå ðàñ÷åòíûõ äàííûõ äëÿ ìèêðîãðàâèòàöèè è çåìíûõ óñëîâèé.
PACS: 05.70.Ln, 05.70.Jk
1. Ââåäåíèå
Îáðàçîâàíèå è ðîñò ïàðîâûõ ïóçûðåé íà ïîâåðõ-
íîñòè íàãðåâàòåëÿ, ïîãðóæåííîãî â æèäêîñòü, ïðè
êèïåíèè èçó÷àåòñÿ äîâîëüíî äëèòåëüíîå âðåìÿ. Äëÿ
îïèñàíèÿ ýòèõ ïðîöåññîâ ïðåäëîæåíî íåñêîëüêî ìî-
äåëåé. Îäíàêî îñíîâíîå âíèìàíèå â ýòèõ ìîäåëÿõ
óäåëÿëîñü ñèòóàöèè, êîãäà òåïëî ïåðåíîñèëîñü ê
ìåæôàçíîé ïîâåðõíîñòè æèäêîñòü—ïàð ñî ñòîðîíû
æèäêîñòè. Íî ïðè áîëüøèõ ïëîòíîñòÿõ òåïëîâûõ
ïîòîêîâ èìååò ìåñòî îáðàòíàÿ ñèòóàöèÿ: íàãðåâà-
òåëü îêðóæåí ñëîåì ïàðà, à òåïëî ïåðåíîñèòñÿ ê îê-
ðóæàþùåé æèäêîñòè ÷åðåç ìåæôàçíóþ ïîâåðõíîñòü
ïàð—æèäêîñòü. Õîðîøî èçâåñòíî, ÷òî ïðîöåññ êè-
ïåíèÿ He II ñîïðîâîæäàåòñÿ îáðàçîâàíèåì ïàðî-
âîé ïëåíêè âîêðóã íàãðåâàòåëÿ, ò.å. îñóùåñòâëÿåòñÿ
òîëüêî â ôîðìå ïëåíî÷íîãî êèïåíèÿ. Òàêèì îáðà-
çîì, òåïëî ïåðåíîñèòñÿ ê He II ÷åðåç ìåæôàçíóþ
ïîâåðõíîñòü ïàð—æèäêîñòü. Ïðîöåññû ïåðåíîñà
òåïëà è ìàññû íà ýòîé ïîâåðõíîñòè âçàèìîñâÿçàíû.
Ýôôåêòèâíîñòü òåïëîïåðåíîñà â ñâåðõòåêó÷åì ãå-
ëèè î÷åíü âûñîêàÿ, è áëàãîäàðÿ ýòîìó îãðàíè÷åíèÿ
ïî òåïëîïåðåíîñó îò íàãðåâàòåëÿ ê ãðàíèöå ñâåðõòå-
êó÷åãî ãåëèÿ ïðè âûñîêèõ òåïëîâûõ ïîòîêàõ äîëæ-
íû îïðåäåëÿòüñÿ ÿâëåíèÿìè íà ìåæôàçíîé ïîâåðõ-
íîñòè ïàð—He II â îòëè÷èå îò îáû÷íûõ æèäêîñòåé.
Òåìïåðàòóðà ïîâåðõíîñòè íàãðåâàòåëÿ ìîæåò áûòü
çíà÷èòåëüíî áîëüøå òåìïåðàòóðû ìåæôàçíîé ïî-
âåðõíîñòè ïàð—He II, ÷òî ïðèâîäèò ê âîçíèêíîâå-
íèþ íåðàâíîâåñíîé ñèòóàöèè ó ïîâåðõíîñòè íàãðå-
âàòåëÿ, ïîãðóæåííîãî â ñâåðõòåêó÷èé ãåëèé. Äëÿ
ýòèõ óñëîâèé ïðèìåíåíèå ìåòîäîâ ìåõàíèêè ñïëîø-
íîé ñðåäû íå âñåãäà îïðàâäàííî, à ïîäõîä ìîëå-
êóëÿðíî-êèíåòè÷åñêîé òåîðèè äàåò âîçìîæíîñòü
èçó÷èòü êîððåêòíî ïðîöåññû ïðè ëþáîé ñòåïåíè îò-
êëîíåíèÿ îò ðàâíîâåñèÿ.
Ýâîëþöèþ ìåæôàçíîé ïîâåðõíîñòè ïàð—He II
äëÿ çåìíûõ óñëîâèé ìû àíàëèçèðîâàëè ðàíåå. Íà
Çåìëå ðàçíîñòü äàâëåíèé â æèäêîñòè çàâèñèò îò óñ-
êîðåíèÿ ñâîáîäíîãî ïàäåíèÿ. Ñîîòâåòñòâåííî, êàê
ïèêîâûé, òàê è âîññòàíîâèòåëüíûé òåïëîâûå ïîòîêè
îïðåäåëÿþòñÿ ãèäðîñòàòè÷åñêèì íàïîðîì [1]. Ïðè
ìàëîé ãëóáèíå ïîãðóæåíèÿ íàãðåâàòåëÿ â He II òîë-
ùèíà ïàðîâîé ïëåíêè áûñòðî âîçðàñòàåò ñ óâåëè÷å-
íèåì òåïëîâîãî ïîòîêà, ÷òî ïðèâîäèò ê íåóñòîé÷èâî-
ñòè ôîðìû. ×òîáû èññëåäîâàòü ïàðîâûå ïëåíêè
áîëüøîé òîëùèíû ïðè ðàçíûõ òåïëîâûõ ïîòîêàõ,
íåîáõîäèìî ïðîâîäèòü èññëåäîâàíèÿ â óñëîâèÿõ
ìèêðîãðàâèòàöèè. Òàêèå óñëîâèÿ ìîãóò áûòü ðåàëè-
çîâàíû, íàïðèìåð, â ýêñïåðèìåíòàõ íà Ìåæäóíà-
ðîäíîé êîñìè÷åñêîé ñòàíöèè (ÌÊÑ). Äëÿ ïðîñòîòû
äàëüíåéøèé àíàëèç ïðîöåññîâ ïåðåíîñà òåïëà è ìàñ-
ñû ðàññìàòðèâàåòñÿ â îäíîìåðíîì ïðèáëèæåíèè.
2. Ïîñòàíîâêà çàäà÷è
Íåîáõîäèìî ñîçäàòü ñèñòåìó, êîòîðàÿ ìîæåò îáåñ-
ïå÷èòü ðàçíîñòü äàâëåíèé ïðè ìèêðîãðàâèòàöèè,
© È.Ì. Äåðãóíîâ, Ï.Â. Êîðîëåâ, À.Ï. Êðþêîâ, Þ.Þ. Ñåëÿíèíîâà, 2003
àíàëîãè÷íóþ ãèäðîñòàòè÷åñêîé ðàçíîñòè â çåìíûõ
óñëîâèÿõ. Äëÿ ìîäåëèðîâàíèÿ ïðîöåññîâ êèïåíèÿ
ñâåðõòåêó÷åãî ãåëèÿ â óñëîâèÿõ ìèêðîãðàâèòàöèè,
èñïîëüçóåòñÿ êàïèëëÿðíî-ïîðèñòàÿ ñðåäà (ðèñ. 1).
Öèëèíäðè÷åñêèé íàãðåâàòåëü ðàäèóñîì Rw ðàñïîëà-
ãàåòñÿ âíóòðè êîàêñèàëüíîé òîëñòîñòåííîé öèëèíä-
ðè÷åñêîé òðóáû (îáîëî÷êè) ðàäèóñîì R0 è òîëùè-
íîé L.  ýòîé îáîëî÷êå ïðîäåëàíû êàíàëû ðàäèóñîì
Rk. Êîëè÷åñòâî êàíàëîâ îïðåäåëÿåòñÿ ïîðèñòîñòüþ
� — îòíîøåíèåì ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ âñåõ êàïèë-
ëÿðîâ ê âíóòðåííåé ïîâåðõíîñòè îáîëî÷êè. Âñå
âíóòðåííåå ïðîñòðàíñòâî è êàïèëëÿðû ïîðèñòîãî
òåëà çàïîëíåíû ñâåðõòåêó÷èì ãåëèåì. ß÷åéêà íà-
õîäèòñÿ â óñëîâèÿõ òåîðåòè÷åñêîé íåâåñîìîñòè. Áëà-
ãîäàðÿ õîðîøåé ñìà÷èâàåìîñòè âíåøíÿÿ ïîâåðõíîñòü
ïîðèñòîé òðóáû òàêæå ïîêðûòà ïëåíêîé ñâåðõòåêó-
÷åé æèäêîñòè.
Ïðè ïëîòíîñòè òåïëîâîãî ïîòîêà qw âûøå íåêî-
òîðîé êðèòè÷åñêîé íà ïîâåðõíîñòè íàãðåâàòåëÿ îá-
ðàçóåòñÿ ïàðîâàÿ ïëåíêà ðàäèóñîì R1. Äàâëåíèå
ïàðà âî âíåøíåì îáúåìå ýêñïåðèìåíòàëüíîé ÿ÷åéêè
ïîääåðæèâàåòñÿ íà ïîñòîÿííîì óðîâíå Pb.  ðàñ÷åòå
àíàëèçèðóåòñÿ ýâîëþöèÿ ïàðîâîé ïëåíêè ñ èçìåíå-
íèåì ïëîòíîñòè ïîòîêà, äàâëåíèÿ è ãåîìåòðè÷åñêèõ
ðàçìåðîâ ÿ÷åéêè. Ïðè ýòîì ñ÷èòàþòñÿ èçâåñòíûìè
èëè çàäàííûìè äðóãèå íåîáõîäèìûå òåïëîôèçè÷å-
ñêèå è ãèäðîäèíàìè÷åñêèå ïàðàìåòðû.
3. Îïèñàíèå ìîäåëè
Ïîëíîå ìàòåìàòè÷åñêîå îïèñàíèå ïðåäñòàâëåí-
íîé ìîäåëè ýêñïåðèìåíòàëüíîé ÿ÷åéêè ñîñòîèò èç
òðåõ ÷àñòåé. Ïåðâàÿ ÷àñòü — îïèñàíèå ïàðîâîé
ïëåíêè âêëþ÷àåò óðàâíåíèÿ ñîõðàíåíèÿ äëÿ ýòîé
ñðåäû â öèëèíäðè÷åñêèõ êîîðäèíàòàõ, à òàêæå
óðàâíåíèå ñîñòîÿíèÿ. Ýòó ÷àñòü ðàñ÷åòîâ ìîæíî
ïðîâåñòè, âîñïîëüçîâàâøèñü êèíåòè÷åñêèì óðàâíå-
íèåì Áîëüöìàíà. Âòîðàÿ ÷àñòü — îïèñàíèå ïîâåäå-
íèÿ æèäêîñòè âî âíóòðåííåé ïîëîñòè. Äëÿ ýòîãî çà-
ïèñûâàåòñÿ ñèñòåìà óðàâíåíèé ñîõðàíåíèÿ äëÿ
íåñæèìàåìîé æèäêîñòè â öèëèíäðè÷åñêèõ êîîðäè-
íàòàõ. Ïðè ýòîì ïðèíèìàþòñÿ âî âíèìàíèå õàðàê-
òåðíûå ÷åðòû ãèäðîäèíàìèêè è òåïëîìàññîïåðåíîñà
â ñâåðõòåêó÷åì ãåëèè. È, íàêîíåö, òðåòüÿ ÷àñòü ðàñ-
÷åòîâ, êîòîðàÿ ïîçâîëÿåò îïðåäåëèòü ïàðàìåòðû
ñèñòåìû â êàïèëëÿðàõ ïîðèñòîãî òåëà, âêëþ÷àåò
óðàâíåíèÿ ñîõðàíåíèÿ äëÿ íåñæèìàåìîé æèäêîñòè,
òåêóùåé â êàíàëàõ êðóãëîãî ñå÷åíèÿ ñ ó÷åòîì ñïåöè-
ôèêè òåïëîïåðåíîñà è ãèäðîäèíàìèêè â He II. Ýòà
ñèñòåìà óðàâíåíèé çàìûêàåòñÿ óíèâåðñàëüíûìè è
ñïåöèàëüíûìè óñëîâèÿìè ñîâìåñòíîñòè íà ìåæôàç-
íûõ ïîâåðõíîñòÿõ â ïîëîñòè è íà âíåøíåé ïîâåðõ-
íîñòè êàïèëëÿðíî-ïîðèñòîãî òåëà. Òåïëîâîé ïîòîê
íà ïîâåðõíîñòè íàãðåâàòåëÿ è äàâëåíèå ïàðà âî
âíåøíåé îáëàñòè ðàññìàòðèâàþòñÿ â êà÷åñòâå ãðà-
íè÷íûõ óñëîâèé çàäà÷è. Ïðè ïðîâåäåíèè ÷èñëåí-
íûõ ðàñ÷åòîâ ýòè âåëè÷èíû ñ÷èòàþòñÿ çàäàííûìè.
Òàêèì îáðàçîì, ïðåäëîæåííîå ìàòåìàòè÷åñêîå
îïèñàíèå ñîñòîèò èç äîñòàòî÷íî áîëüøîãî ÷èñëà
äèôôåðåíöèàëüíûõ óðàâíåíèé â ÷àñòíûõ ïðîèçâîä-
íûõ. Ïðåäñòàâëÿåòñÿ, ÷òî ïîëó÷èòü àíàëèòè÷åñêîå
ðåøåíèå îïèñàííîé ñèñòåìû âåñüìà çàòðóäíèòåëü-
íî. ×èñëåííîå æå ðåøåíèå ïîëíîé ñèñòåìû óðàâíå-
íèé ñâÿçàíî ñ íàêîïëåíèåì âû÷èñëèòåëüíûõ îøè-
áîê. Ê òîìó æå àëãîðèòìèçàöèÿ ðåøåíèÿ ñèñòåìû
äèôôåðåíöèàëüíûõ óðàâíåíèé â ÷àñòíûõ ïðîèç-
âîäíûõ äîâîëüíî òðóäîåìêèé ïðîöåññ. Ïîýòîìó äëÿ
óïðîùåíèÿ ñèñòåìû óðàâíåíèé ìû ââîäèì îïðåäå-
ëåííûå äîïóùåíèÿ: à) ðàññìàòðèâàåòñÿ îäíîìåð-
íàÿ çàäà÷à â öèëèíäðè÷åñêîé ñèñòåìå êîîðäèíàò;
á) ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî âíåøíèé òåïëîïîäâîä è ïî-
òåðè òåïëà ïðåíåáðåæèìî ìàëû; â) òåïëîôèçè÷å-
ñêèå ñâîéñòâà æèäêîñòè íå çàâèñÿò îò òåìïåðàòóðû;
ã) âñÿ ýíåðãèÿ, âûäåëÿåìàÿ íàãðåâàòåëåì, óäàëÿåòñÿ
çà ñ÷åò èñïàðåíèÿ He II íà âíåøíåé ïîâåðõíîñòè êà-
ïèëëÿðíî-ïîðèñòîãî öèëèíäðà.
Äâèæåíèå ãðàíèöû ðàçäåëà ïàð—æèäêîñòü îïè-
ñûâàåòñÿ îáûêíîâåííûì äèôôåðåíöèàëüíûì óðàâ-
íåíèåì [2]:
( �� � )ln
( � )
R R R
R
R
R R
R R
1 1 1
2 0
1
1 1
2
0
2
1
22
1 1
�
�
�
��
�
�
�� �
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
P P1 0
�
.
(1)
Çäåñü R1 — ðàäèóñ ïàðîâîé ïëåíêè, ì; ��R d R/d
2 2
,
�R dR/d V
1 — óñêîðåíèå è ñêîðîñòü äâèæåíèÿ
ìåæôàçíîé ïîâåðõíîñòè, ì/ñ2, ì/ñ; R0 — âíóò-
ðåííèé ðàäèóñ êàïèëëÿðíî-ïîðèñòîé òðóáû, ì;
�P1 — äàâëåíèå æèäêîñòè âáëèçè ìåæôàçíîé ïî-
âåðõíîñòè, Ïà; P0 — äàâëåíèå íà âíóòðåííåé ïî-
âåðõíîñòè êàïèëëÿðíî-ïîðèñòîãî òåëà, Ïà; �� —
ïëîòíîñòü æèäêîñòè, êã/ì3.
Íà÷àëüíûå óñëîâèÿ: ïðè � = 0, R1 = Rw, �R
0,
ãäå Rw — ðàäèóñ íàãðåâàòåëÿ.
654 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2003, ò. 29, ¹ 6
È.Ì. Äåðãóíîâ, Ï.Â. Êîðîëåâ, À.Ï. Êðþêîâ, Þ.Þ. Ñåëÿíèíîâà
Ðèñ. 1. Ìîäåëü ýêñïåðèìåíòàëüíîé ÿ÷åéêè.
Íåðàâíîâåñíûå ýôôåêòû íà ìåæôàçíîé ïîâåðõ-
íîñòè îïèñûâàþòñÿ ôîðìóëîé, ïîëó÷åííîé íà áàçå
êèíåòè÷åñêîãî óðàâíåíèÿ Áîëüöìàíà [3]:
��
� �
�
�
�
�
�
�
�
�
�
P P
q
P RT
S
S
1 1
1
1 1
0 5 1 1
2
,
�
, (2)
ãäå ��P1 — äàâëåíèå â ïàðîâîé ïëåíêå, Ïà; PS1 =
�P TS ( )1 — äàâëåíèå íàñûùåíèÿ ïðè ñîîòâåòñò-
âóþùåé òåìïåðàòóðå, Ïà; q1 — òåïëîâîé ïîòîê,
ïðèõîäÿùèé íà ìåæôàçíóþ ïîâåðõíîñòü îò íàãðå-
âàòåëÿ, Âò/ì2; R — ãàçîâàÿ ïîñòîÿííàÿ äëÿ ãåëèÿ,
Äæ/(êã�Ê); �Ò1 — òåìïåðàòóðà æèäêîñòè âáëèçè
ìåæôàçíîé ïîâåðõíîñòè, Ê.
Ïðîöåññû òåïëîìàññîïåðåíîñà è ãèäðîäèíàìèêè
îïèñûâàþòñÿ íåêîòîðûìè ñïåöèàëüíûìè óðàâíå-
íèÿìè äëÿ ñâåðõòåêó÷åãî ãåëèÿ. Ñîîòíîøåíèå äëÿ
ïîòîêà ýíåðãèè â He II áåç ó÷åòà äèññèïàòèâíûõ
ïðîöåññîâ äàåò âçàèìîñâÿçü ìåæäó òåïëîâûì ïîòî-
êîì è ñêîðîñòüþ æèäêîñòè â êàïèëëÿðàõ [4]:
q S V V Tn0
� � ( ) , (3)
ãäå q0 — òåïëîâîé ïîòîê â êàïèëëÿðàõ, Âò/ì2;
S — ýíòðîïèÿ æèäêîñòè, Äæ/(êã�Ê); Vn — ñêî-
ðîñòü íîðìàëüíîãî êîìïîíåíòà He II â êàïèëëÿðàõ,
ì/ñ; Òb — òåìïåðàòóðà æèäêîñòè íà âíåøíåé ïî-
âåðõíîñòè ïîðèñòîãî òåëà, Ê; Ò0 — òåìïåðàòóðà
æèäêîñòè íà âíóòðåííåé ïîâåðõíîñòè ïîðèñòîé òðó-
áû, Ê. Òàêèì îáðàçîì, Vn � V — îòíîñèòåëüíàÿ ñêî-
ðîñòü æèäêîñòè â êàïèëëÿðàõ, ì/ñ; Ò = T Tb0 —
ñðåäíÿÿ òåìïåðàòóðà æèäêîñòè â êàïèëëÿðå, Ê.
Ñêîðîñòü äâèæåíèÿ æèäêîñòè è ðàçíîñòü äàâëå-
íèé â êàíàëå âçàèìîñâÿçàíû. Óñêîðåíèå æèäêîñòè
íåçíà÷èòåëüíî. Òå÷åíèå íîðìàëüíîé êîìïîíåíòû
ñ÷èòàåòñÿ óñòàíîâèâøèìñÿ. Ñ÷èòàåòñÿ òàêæå, ÷òî
ðåàëèçóåòñÿ ëàìèíàðíîå òå÷åíèå. Äâèæåíèå íîð-
ìàëüíîãî êîìïîíåíòà îïèñûâàåòñÿ óðàâíåíèåì Õà-
ãåíà—Ïóàçåéëÿ [5]:
P P
LV
R
b
n
k
0 2
32
2
�
( )
, (4)
ãäå L = Rb R0 — äëèíà êàïèëëÿðà, ì (Rb —
âíåøíèé ðàäèóñ ïîðèñòîé òðóáû); � — âÿçêîñòü
íîðìàëüíîãî äâèæåíèÿ He II, Ïà·ñ; Rk — ðàäèóñ
êàïèëëÿðà, ì.
Ðàçíîñòü äàâëåíèé â êàïèëëÿðàõ ñâÿçàíà ñ ðàçíî-
ñòüþ òåìïåðàòóð ñëåäóþùèì ñîîòíîøåíèåì [5]:
P P S T Tb b
� 0 0� ( ). (5)
Óðàâíåíèÿ (3)–(5) ïîêàçûâàþò, ÷òî òåïëîïåðåíîñ
ñâÿçàí ñ äèíàìè÷åñêèìè ïðîöåññàìè â êàïèëëÿðàõ.
Òåïëîïåðåíîñ â ïîëîñòè ïîðèñòîé òðóáû, çàïîë-
íåííîé ñâåðõòåêó÷èì ãåëèåì, îïèñûâàåòñÿ óðàâíå-
íèåì Ãîðòåðà—Ìåëëèíêà [6]:
q
R f T
T T
R
R1
3
1
1 0
1
0
2 1
2
1
�
�
�
��
�
�
��
�
�
�
�
�
�
�
�
~
( )
( ) , (6)
ãäå � �~
f T — èíòåãðàëüíàÿ ôóíêöèÿ âçàèìíîãî òðå-
íèÿ Ãîðòåðà—Ìåëëèíêà. Ñèñòåìà óðàâíåíèé (1)–(6)
çàìûêàåòñÿ ñîîòíîøåíèÿìè ñîõðàíåíèÿ:
q q
R
Rw
w
1
1
, q q
R
Rw
w
0
0
�
, V V
R
R1
0
1
�
. (7)
Óíèâåðñàëüíîå óñëîâèå ñîâìåñòíîñòè äëÿ ïîòîêà
èìïóëüñà íà ìåæôàçíîé ïîâåðõíîñòè èìååò âèä
� �
�� P
R
P
R
R1
1
1
1
1
2
�
�
�
. (8)
Ñèñòåìà óðàâíåíèé (1)–(8) îïèñûâàåò ïðîöåññû
ïåðåíîñà â ýêñïåðèìåíòàëüíîé ÿ÷åéêå: à) òåïëî-
ïåðåíîñ â ïàðîâîé ïëåíêå, â ïîëîñòè, îêðóæåííîé
öèëèíäðè÷åñêîé îáîëî÷êîé, è â êàïèëëÿðàõ, çàïîë-
íåííûõ æèäêîñòüþ; á) äèíàìè÷åñêèå ýôôåêòû, îáó-
ñëîâëåííûå òå÷åíèåì æèäêîñòè è ïîâåðõíîñòíûì
íàòÿæåíèåì; â) êèíåòè÷åñêèå ýôôåêòû íà ìåæôàç-
íîé ïîâåðõíîñòè.
Àíàëèòè÷åñêîå ðåøåíèå ðàññìîòðåííîé ñèñòåìû
çàòðóäíèòåëüíî, ïîýòîìó äëÿ ðåøåíèÿ ýòîé çàäà÷è
èñïîëüçîâàëèñü ÷èñëåííûå ìåòîäû.
4. Ðåçóëüòàòû è îáñóæäåíèå
Çàäà÷à î ïëåíî÷íîì êèïåíèè ñâåðõòåêó÷åãî ãåëèÿ
â ìîäåëè ïîðèñòîé ñòðóêòóðû ïðè ìèêðîãðàâèòàöèè
ðåøàåòñÿ âïåðâûå. Ê îñîáåííîñòÿì ýòîé çàäà÷è ñëå-
äóåò îòíåñòè òî, ÷òî ðàçíîñòü äàâëåíèé â æèäêîñòè
çàâèñèò íå òîëüêî îò ãåîìåòðè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ
ÿ÷åéêè, íî òàêæå îò òåïëîâîãî ïîòîêà è âíåøíèõ óñ-
ëîâèé. Òåìïåðàòóðà æèäêîñòè çàâèñèò îò âíåøíåãî
äàâëåíèÿ. Ðàçíîñòü äàâëåíèé â æèäêîñòè ñâÿçàíà ñ
êèíåòè÷åñêèìè ýôôåêòàìè íà ìåæôàçíîé ïîâåðõíî-
ñòè (2). Ñóùåñòâåííî, ÷òî îñíîâíîå âëèÿíèå íà ýâî-
ëþöèþ ïàðîâîé ïëåíêè îêàçûâàåò òåïëîâîé ïîòîê.
Ðåçóëüòàòû àíàëèçà ïîâåäåíèÿ íåñòàöèîíàðíûõ
õàðàêòåðèñòèê ïðîöåññà ïðåäñòàâëåíû íèæå. Îñ-
íîâíûå äèíàìè÷åñêèå ïðîöåññû ïðîèñõîäÿò â íà-
÷àëüíûé ìîìåíò âðåìåíè. Ïðè âêëþ÷åíèè òåïëîâî-
ãî ïîòîêà âûøå íåêîòîðîãî êðèòè÷åñêîãî (â äàííîì
ðàññìîòðåíèè àïðèîðè ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî ïîâåðõ-
íîñòü íàãðåâàòåëÿ îêðóæåíà ïàðîâîé ïëåíêîé) ïà-
ðîâàÿ ïëåíêà ðàñòåò, äàâëåíèå ïàðà óâåëè÷èâàåòñÿ,
æèäêîñòü óñêîðÿåòñÿ. Ïî ìåðå óâåëè÷åíèÿ òîëùèíû
ïëåíêè òåïëîâîé ïîòîê, ïîñòóïàþùèé íà ìåæôàç-
íóþ ïîâåðõíîñòü, è ñèëà ïîâåðõíîñòíîãî íàòÿæåíèÿ
óìåíüøàþòñÿ.
Òàêèå õàðàêòåðèñòèêè ýâîëþöèè ïàðîâîé ïëåí-
êè, êàê ñêîðîñòü ìåæôàçíîé ïîâåðõíîñòè, äàâëåíèå
Êèïåíèå He II â ïîðèñòîé ñòðóêòóðå ïðè ìèêðîãðàâèòàöèè: ìîäåëüíîå ïðåäñòàâëåíèå
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2003, ò. 29, ¹ 6 655
ïàðà â ïëåíêå è ñòàöèîíàðíîå çíà÷åíèå ðàäèóñà
ïëåíêè, çàâèñÿò îò ïàðàìåòðîâ ÿ÷åéêè.  êà÷åñòâå
ïðèìåðà îäíà èç ýòèõ çàâèñèìîñòåé ïîêàçàíà íà
ðèñ. 2. Ýòè ðåçóëüòàòû ïîëó÷åíû äëÿ ñëåäóþùèõ
íà÷àëüíûõ äàííûõ: qw = 1000 Âò/ì2; Rw= 0,001 ì;
R0 = 0,01 ì; � = 0,5; L = 0,01 ì; Pb = 3169 Ïà; Tb =
= 2 Ê.
Ãèäðàâëè÷åñêîå ñîïðîòèâëåíèå êàíàëîâ çàâèñèò
îò äèàìåòðà (4). Ñòàöèîíàðíîå ñîñòîÿíèå ïëåíêè
óñòàíàâëèâàåòñÿ äëÿ íåêîòîðûõ çíà÷åíèé ðàäèóñà
êàïèëëÿðîâ (Rk = 5 ìêì, … , Rk = 10 ìêì). Ðàçíîñòü
äàâëåíèé â êàïèëëÿðàõ ñîîòâåòñòâóåò ñêîðîñòè íîð-
ìàëüíîãî êîìïîíåíòà, îïðåäåëÿåìîé òåïëîâûì ïî-
òîêîì. Ýòî âèäíî èç óðàâíåíèé (3)–(5). Ðàçíîñòü
äàâëåíèé æèäêîñòè â ïîëîñòè êàïèëëÿðíî-ïîðèñòîé
òðóáû ñòàíîâèòñÿ ðàâíîé íóëþ íà ñòàöèîíàðíîé ñòà-
äèè. Íîðìàëüíàÿ êîìïîíåíòà â êàïèëëÿðàõ äâèæåò-
ñÿ íàâñòðå÷ó ñâåðõòåêó÷åé êîìïîíåíòå, êîòîðàÿ íå
îáëàäàåò âÿçêîñòüþ. Ýòîò ïðîòèâîòîê îáåñïå÷èâàåò
íåïîäâèæíîñòü âñåé æèäêîñòè.
Åñëè ðàäèóñ êàïèëëÿðîâ äîñòàòî÷íî ìàë (Rk <
< 5 ìêì), òî ïàðîâàÿ ïëåíêà íå ìîæåò ðàñòè. Ãèä-
ðàâëè÷åñêîå ñîïðîòèâëåíèå è ïîâåðõíîñòíîå íàòÿ-
æåíèå ñòàíîâÿòñÿ áîëüøå ðàçíîñòè äàâëåíèé ìåæäó
ïàðîâûìè ïðîñòðàíñòâàìè. Ïðè ýòîì ñâåðõòåêó÷àÿ
æèäêîñòü ïåðåãðåâàåòñÿ, ïåðåõîäèò â ñîñòîÿíèå
He I è çàòåì èñïàðÿåòñÿ. Åñëè ðàçìåð êàïèëëÿðîâ
äîñòàòî÷íî áîëüøîé (Rk = 15 ìêì), òî òîëùèíà ïà-
ðîâîé ïëåíêà áûñòðî óâåëè÷èâàåòñÿ.  ýòîì ñëó÷àå
ñòàöèîíàðíûå óñëîâèÿ íå äîñòèãàþòñÿ, è æèäêîñòü
âûòåêàåò èç âíóòðåííåé ïîëîñòè.
Àíàëîãè÷íûå äàííûå áûëè ïîëó÷åíû äëÿ äðóãèõ
ãåîìåòðè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ. Èç ýòèõ ðàñ÷åòîâ ñëå-
äóåò, ÷òî çíà÷åíèå ñòàöèîíàðíîãî ðàäèóñà ïëåíêè
óâåëè÷èâàåòñÿ, êîãäà âíóòðåííèé ðàäèóñ îáîëî÷êè,
ðàäèóñ íàãðåâàòåëÿ è ïîðèñòîñòü ðàñòóò, à äëèíà êà-
ïèëëÿðîâ óìåíüøàåòñÿ. Âûáîð ðàçìåðà íàãðåâàòåëÿ
îïðåäåëÿåòñÿ òàêæå îáúåìîì âíóòðåííåé ïîëîñòè.
Ýâîëþöèÿ ïàðîâîé ïëåíêè îïðåäåëÿåòñÿ òåïëîâûì
ïîòîêîì è äàâëåíèåì â êðèîñòàòå. Ýòè âåëè÷èíû ìî-
ãóò áûòü èçìåíåíû â õîäå ýêñïåðèìåíòà.
Âëèÿíèå ïëîòíîñòè òåïëîâîãî ïîòîêà íà ýâîëþ-
öèþ ïàðîâîé ïëåíêè ïîêàçàíî íà ðèñ. 3. Íà÷àëüíûå
äàííûå âçÿòû òàêèå æå, ÷òî è â ðàñ÷åòàõ, ïðåäñòàâ-
ëåííûõ íà ðèñ. 2 äëÿ Rk = 10 ìêì. Ñòàöèîíàðíûé
ðàäèóñ ïëåíêè è ñêîðîñòü ðîñòà ïàðîâîé ïëåíêè óâå-
ëè÷èâàþòñÿ ïðè ïîâûøåíèè òåïëîâîãî ïîòîêà, à
âðåìÿ íåñòàöèîíàðíîé ñòàäèè óìåíüøàåòñÿ. Êèíå-
òè÷åñêèå ýôôåêòû íà ìåæôàçíîé ïîâåðõíîñòè îïðå-
äåëÿþòñÿ òåïëîâûì ïîòîêîì (2). Ïðè ýòîì ðàçíîñòü
äàâëåíèé â êàïèëëÿðàõ çàâèñèò îò òåïëîâîãî ïîòîêà
è ðàäèóñà ïëåíêè. Ïðè îòíîñèòåëüíî íåáîëüøîì òå-
ïëîâîì ïîòîêå (qw < 77 Âò/ì2) ãèäðàâëè÷åñêîå ñî-
ïðîòèâëåíèå è ïîâåðõíîñòíîå íàòÿæåíèå ïðåïÿòñò-
âóþò ðîñòó ïàðîâîé ïëåíêè.
Âëèÿíèå äàâëåíèÿ ïàðà â êðèîñòàòå íà ýâîëþöèþ
ïàðîâîé ïëåíêè ïîêàçàíî íà ðèñ. 4. Íà÷àëüíûå äàí-
íûå òå æå, ÷òî è ðàíåå, íî ïëîòíîñòü ïîòîêà qw =
= 1000 Âò/ì2. Ðàñ÷åòû ïîêàçûâàþò, ÷òî ñòàöèîíàð-
íûé ðàäèóñ óâåëè÷èâàåòñÿ ñ ðîñòîì äàâëåíèÿ ïàðà.
Âðåìÿ íåñòàöèîíàðíîé ñòàäèè òîæå ðàñòåò. Ýòà òåí-
äåíöèÿ ìîæåò áûòü îáúÿñíåíà ñëåäóþùèìè ïðè÷è-
íàìè. Òåìïåðàòóðà æèäêîñòè çàâèñèò îò äàâëåíèÿ
ïàðà. Íà âíåøíåé ïîâåðõíîñòè ñâåðõòåêó÷àÿ æèä-
êîñòü ïîääåðæèâàåòñÿ â ñîñòîÿíèè áëèçêîì ê ñî-
ñòîÿíèþ íàñûùåíèÿ. Ñâîéñòâà ñâåðõòåêó÷åãî ãåëèÿ:
ïëîòíîñòü, âÿçêîñòü, ïîâåðõíîñòíîå íàòÿæåíèå è ýí-
òðîïèÿ çàâèñÿò îò òåìïåðàòóðû. Äàâëåíèå íàñû-
ùåííûõ ïàðîâ ñèëüíî çàâèñèò îò òåìïåðàòóðû. Ïî-
ýòîìó åñëè äàâëåíèå ïàðà óìåíüøàåòñÿ, íàïðèìåð â
4,7 ðàçà, êàê íà ðèñ. 4, òî ýíòðîïèÿ æèäêîñòè ñòàíî-
âèòñÿ ìåíüøå â 4,1 ðàçà. Ïðè ïîñòîÿííîì òåïëîâîì
ïîòîêå ðàçíîñòü äàâëåíèé óâåëè÷èâàåòñÿ â ñîîòâåò-
ñòâèè ñ ñîîòíîøåíèÿìè (3), (4). Â èòîãå, äîïîëíèòåëü-
656 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2003, ò. 29, ¹ 6
È.Ì. Äåðãóíîâ, Ï.Â. Êîðîëåâ, À.Ï. Êðþêîâ, Þ.Þ. Ñåëÿíèíîâà
2
4
6
8
10
0 10 20 30 40 50
Ð
à
ä
è
óñ
ï
ë
å
í
êè
, ì
ì
Âðåìÿ,ñ
1
2
3
Ðèñ. 2. Âëèÿíèå ðàäèóñà êàïèëëÿðà íà ýâîëþöèþ ïàðî-
âîé ïëåíêè: Rk = 5 (1); 10 (2); 15 (3) ìêì.
1
1
2
2
3
3
4
4
5
6
7
100 20 30 40 50
Âðåìÿ, ñ
Ð
à
ä
è
óñ
ï
ë
å
í
êè
, ì
ì
Ðèñ. 3. Âëèÿíèå òåïëîâîãî ïîòîêà íà ýâîëþöèþ ïàðîâîé
ïëåíêè: qw = 102 (1); 103 (2); 104 (3); 105 (4) Âò/ì2.
íîå äàâëåíèå — àíàëîã ãèäðîñòàòè÷åñêîãî íàïîðà äëÿ
çåìíûõ óñëîâèé, óâåëè÷èâàåòñÿ òîæå. Ñëåäîâàòåëüíî,
ñòàöèîíàðíûé ðàçìåð ïàðîâîé ïëåíêè äîëæåí áûòü
ìåíüøå äëÿ Pb
664 6, Ïà, ÷åì äëÿ Pb
3169 Ïà.
Ýòè ðåçóëüòàòû ïîêàçûâàþò, ÷òî ðàçìåðû ïàðî-
âûõ ïëåíîê î÷åíü ÷óâñòâèòåëüíû ê èçìåíåíèþ òåï-
ëîâîãî ïîòîêà qw è äàâëåíèÿ ïàðà â êðèîñòàòå Pb.
Òàêèì îáðàçîì, ïðè ýêñïåðèìåíòàëüíîì èññëåäîâà-
íèè íåîáõîäèìî ñòðîãî êîíòðîëèðîâàòü çíà÷åíèÿ
ýòèõ âåëè÷èí.
Ñðàâíåíèå ðåçóëüòàòîâ ðàñ÷åòà ýâîëþöèè ïàðî-
âîé ïëåíêè ïðè ìèêðîãðàâèòàöèè è â çåìíûõ óñëî-
âèÿõ ïðåäñòàâëåíî íà ðèñ. 5. Ðàäèóñ íàãðåâàòåëÿ,
òåïëîâîé ïîòîê è òåìïåðàòóðà æèäêîñòè â îáîèõ
ðàñ÷åòàõ áûëè âçÿòû ðàâíûìè (qw = 18100 Âò/ì2;
Pb = 664,6 Ïà; Rw = 95,5 ìêì). Äðóãèå ïàðàìåòðû
âûáèðàëèñü òàê, ÷òîáû çíà÷åíèÿ ñòàöèîíàðíûõ ðà-
äèóñîâ ýòèõ ïëåíîê ñîâïàäàëè (R0 = 0,02 ì; � = 0,5;
L = 0,1092 ì; Rk = 10 ìêì; ãëóáèíà ïîãðóæåíèÿ â
çåìíûõ óñëîâèÿõ h = 0,028 ì).
 óñëîâèÿõ ìèêðîãðàâèòàöèè ñòàöèîíàðíîå ñî-
ñòîÿíèå äîñòèãàåòñÿ áûñòðî. Ðàçíîñòü äàâëåíèé â
æèäêîñòè çàâèñèò îò òåïëîâîãî ïîòîêà, ñêîðîñòè
æèäêîñòè è òåêóùåãî ïîëîæåíèÿ ìåæôàçíîé ïî-
âåðõíîñòè. Â ïðîòèâîïîëîæíîñòü çåìíûì óñëîâèÿì
ïðè ìèêðîãðàâèòàöèè ïîâåäåíèå ñèñòåìû îïðåäåëÿ-
åòñÿ ãëàâíûì îáðàçîì òåïëîâûì ïîòîêîì. Â çåìíûõ
óñëîâèÿõ ðàçíîñòü äàâëåíèé â æèäêîñòè ÿâëÿåòñÿ
ôóíêöèåé ãëóáèíû ïîãðóæåíèÿ íàãðåâàòåëÿ è íå çà-
âèñèò îò òåïëîâîãî ïîòîêà. Ñëåäóåò çàìåòèòü, ÷òî íà
Çåìëå ñòàöèîíàðíîå ñîñòîÿíèå äîñòèãàåòñÿ ïîñëå çà-
òóõàíèÿ êîëåáàíèé, îáóñëîâëåííîãî äåéñòâèåì ñèë
âÿçêîãî òðåíèÿ. Ýòî çàòóõàíèå ïðîèñõîäèò çà âðå-
ìåííîé ìàñøòàá çíà÷èòåëüíî áîëüøèé, ÷åì âðåìÿ,
ïðåäñòàâëåííîå íà ðèñ. 5.
5. Çàêëþ÷åíèå
Êàê ïîêàçàëè ðàñ÷åòû, âîçìîæíî ðàçâèòèå ïàðî-
âîé ïëåíêè ïî òðåì ñöåíàðèÿì:
1) ðàçìåðû ïàðîâîé ïëåíêè íå óâåëè÷èâàþòñÿ
èç-çà ãèäðàâëè÷åñêîãî ñîïðîòèâëåíèÿ êàïèëëÿðîâ è
äåéñòâèÿ ïîâåðõíîñòíîãî íàòÿæåíèÿ;
2) ïàðîâàÿ ïëåíêà äîñòàòî÷íî áûñòðî óâåëè÷èâà-
åòñÿ â ðàçìåðàõ, ïðè ýòîì æèäêîñòü âûòåñíÿåòñÿ èç
êàïèëëÿðîâ íà âíåøíþþ ïîâåðõíîñòü îêðóæàþùåé
îáîëî÷êè;
3) óñòàíàâëèâàåòñÿ ñòàöèîíàðíîå ñîñòîÿíèå ïëåíêè.
Ðàçíîñòü äàâëåíèé â æèäêîñòè îáóñëîâëåíà êèíå-
òè÷åñêèìè ýôôåêòàìè íà ìåæôàçíûõ ïîâåðõíîñòÿõ.
Ýòà ðàçíîñòü çàâèñèò îò òåïëîâîãî ïîòîêà.
Ïðèâåäåííûå ðàñ÷åòû â ðàìêàõ ïðåäëîæåííîé
ìîäåëè ýêñïåðèìåíòàëüíîé ÿ÷åéêè, ïðåäíàçíà÷åí-
íîé äëÿ èññëåäîâàíèé â óñëîâèÿõ ìèêðîãðàâèòàöèè,
ïîêàçûâàþò, ÷òî êîëåáàíèÿ ïàðîâîé ïëåíêè ïðè
âêëþ÷åíèè íàãðåâàòåëÿ íå âîçíèêàþò.
Ðàáîòà ïîääåðæèâàåòñÿ Ðîññèéñêèì ôîíäîì ôóí-
äàìåíòàëüíûõ èññëåäîâàíèé. Ïðîåêò ¹ 02-02-16311.
1. A.P. Kryukov and S.W. Van Sciver, Cryogenics 21,
525 (1981).
2. I.M. Dergunov, A.P. Kryukov, and A.A. Gorbunov,
J. Low Temp. Phys. 119, 403 (2000).
3. P.V. Khurtin and A.P. Kryukov, J. Low Temp. Phys.
119, 413 (2000).
4. Ï.Â. Êîðîëåâ, À.Ï. Êðþêîâ, Âåñòíèê ÌÝÈ ¹1, 43
(2002).
5. Ë.Ä. Ëàíäàó, Å.Ì. Ëèôøèö, Ãèäðîäèíàìèêà. Òåîðå-
òè÷åñêàÿ ôèçèêà, Ò. 6, Íàóêà, Ìîñêâà, (1986).
6. C.J. Gorter and J.H. Mellink, Physica 15, 285 (1949).
Êèïåíèå He II â ïîðèñòîé ñòðóêòóðå ïðè ìèêðîãðàâèòàöèè: ìîäåëüíîå ïðåäñòàâëåíèå
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2003, ò. 29, ¹ 6 657
1
2
3
4
5
6
0 2 4 6 8 10
P = 3169 Ïà (T = 2 K)
P = 664,6 Ïà (T = 1,57 K)b b
b b
Ð
à
ä
è
óñ
ï
ë
å
í
êè
, ì
ì
Âðåìÿ, ñ
Ðèñ. 4. Âëèÿíèå äàâëåíèÿ ïàðà íà ýâîëþöèþ ïàðîâîé
ïëåíêè.
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,02 0,04 0,06 0,08 0,10
Âðåìÿ, ñ
Ð
à
ä
è
óñ
ï
ë
å
í
êè
, ì
ì
1
2
Ðèñ. 5. Ñðàâíåíèå äèíàìèêè ïàðîâîé ïëåíêè ïðè ìèêðî-
ãðàâèòàöèè (1) è â çåìíûõ óñëîâèÿõ (2).
Superfluid helium boiling in porous structure
under microgravity: model representation
I.M. Dergunov, P.V. Korolyov, A.P. Kryukov,
and Yu.Yu. Selyaninova
The results of model calculation of superfluid
helium boiling under microgravity conditions are
reported. The evolution of a vapour film on the
cylindrical heater surface inside the porous thick-
walled structure is analyzed. The molecular-ki-
netic theory methods are used to describe heat-
and mass-transfer within helium interface. The
equation of vapour-liquid interface motion is
solved. The effect of experimental parameters on
the vapour film properties is studied. The calcu-
lation data for microgravity and terrestrial con-
ditions are compared.
658 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2003, ò. 29, ¹ 6
È.Ì. Äåðãóíîâ, Ï.Â. Êîðîëåâ, À.Ï. Êðþêîâ, Þ.Þ. Ñåëÿíèíîâà
|