Вырожденная паровая пленка при кипении He-II внутри пористой структуры
Ключевые слова:
сверхтекучий гелий, тепломассоперенос, паровая пленка, межфазная поверхность, колебания, кипение, пористая структура
Аннотация
Рассмотрены процессы тепломассопереноса сверхтекучего гелия в существенно неравновесных условиях для стесненного объема. Визуально определены режимы кипения He-II внутри пористой структуры на цилиндрическом нагревателе. Проведена обработка экспериментальных данных, представлены параметры экспериментов с раскрытой границей, зависимости положения границы раздела фаз пар – жидкость для колебаний, дано аналитическое описание квазистационарного режима кипения.
Литература
1. Vitrano A., Stepanov V., Authelet G., Baudouy B. Experimental Study of Three-phase Helium Mixtures in Confined Channels // Cryogenics. 2023. V. 135. P. 103741.
2. Vitrano A., Baudouy B. Double Phase Transition Numerical Modeling of Superfluid Helium for Fixed Non-uniform Grids // Computer Phys. Communication. 2021. V. 273. P. 108275.
3. Rousset B., Millet F. Performance Assessment of Multi-tube He-II/He-II Heat Exchanger Using A Single Tube Sample // Cryogenics. 2022. V. 124. P. 103484
4. Немировский С.К. Стохастическая динамика квантованных вихрей. Континуальный и дискретный подходы // Физика низких темпеpатуp. 2020. Т. 46. № S5. С. 566—571.
5. Nemirovskii S.K. Cavity Evolution and the Rayleigh-Plesset Equation in Superfluid Helium // Phys. Rev. B. 2020. V. 102. P. 064551.
6. Кондаурова Л.П. Динамика плотности вихревых линий и тепловых импульсов в сверхтекучем гелии // Физика низких температур. 2020. Т. 46. № 6. С. 693—698.
7. Takada S., Kobayashi H., Murakami M., Kimura N. Comparative Study of Heat Transfer Performance and Visualization Images of Superfluid Helium Boiling in Narrow Two-dimensional channel // IOP Conf. Series: Materials Sci. and Eng. 2020. P. 012142.
8. Takada S., Kimura N., Pietrowicz S., Grunt K., Murakami M., Okamura T. Visualization of He-II Boiling Process Under the Microgravity Condition for 4.7 s by Using a Drop Tower Experiment // Cryogenics. 2017. V. 89. Pp. 157—162.
9. Eikoku Y. e. a. Periodic Oscillation of Liquid Helium Boiling in a Narrow Rectangular Duct // J. Low Temp. Phys. 2019. V. 196. Pp. 6—12.
10. Гордон Е.Б., Карабулин А.В., Матюшенко В.И. Получение квазиодномерных металлических гетероструктур одновременной абляцией двух мишеней над поверхностью сверхтекучего гелия // Химия высоких энергий. 2020. Т. 54. № 3. С. 180—185.
11. Карабулин А.В., Кулиш М.И., Матюшенко В.И. Метод гордона генерации нитевидных наноструктур и высокотемпературные процессы в сверхтекучем гелии // Теплофизика высоких температур. 2021. Т. 59. № 3. С. 337—344.
12. Крюков А.П., Королев П.В., Пузина Ю.Ю. Экспериментальное исследование кипения He-II внутри пористого тела // Прикладная механика и техническая физика. 2017. № 4. С. 126—134.
13. Королёв П.В., Крюков А.П., Пузина Ю.Ю. Конструкция экспериментальной ячейки для исследования кипения гелия-II в условиях невесомости // Вопросы электромеханики. Труды НПП ВНИИЭМ. 2012. Т. 130. № 5. C. 43—50.
14. Korolyov P.V., Kryukov A.P., Puzina Yu.Yu., Yachevsky I.A. The Formation of a Closed Vapor Film During the Boiling of Helium II on a Cylindrical Heater Inside the Porous Structure // J. Phys.: Conf. Series. 2020. V. 1675. P. 012059.
15. Filippov Yu.P., Miklyaev V.V. A Comparison of Two Kinds of TVO Cryogenic Temperature Sensors // Cryogenics. 2019. V. 100. Pp. 85—91.
16. Пузина Ю.Ю., Крюков А.П. Режимы кипения гелия II на цилиндрическом нагревателе внутри пористой структуры // Теплофизика высоких температур. 2023. Т. 61. № 4. С. 619—124.
17. Клименко А.В., Синицын А.Г. Плавание сферы с температурой, превышающей температуру предельного перегрева жидкости // Труды Московского энергетического ин-та. 1984. Т. 34. С. 104—112.
18. Григорьев В.С. и др. Поведение паровой пленки на сильно перегретой поверхности, погруженной в недогретую воду // Теплофизика высоких температур. 2005. Т. 43. № 1. С. 100—114.
19. Киселева С.В., Тепляков И.О., Ивочкин Ю.П., Михайлов Е.А. Исследование влияния деформации свободной поверхности на электровихревое течение в полусферическом объеме // Волны и вихри в сложных средах: Сб. материалов XIII Междунар. конф. — школы молодых ученых. Москва, Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН, 2022. С. 133—136.
20. Пузина Ю.Ю., Крюков А.П. Движение межфазной поверхности гелий-II – пар в U-образном канале // Теплофизика и аэромеханика. 2023. Т. 30. № 4. С. 751—762.
21. Агеев А.И., Козуб С.С., Столяров М.Н. Криогенная система сверхпроводящего сепаратора для канала каонов ускорителя ИФВЭ // Вестник Междунар. академии холода. 2013. № 3. С. 6—10.
22. Malecha Z.M., Jedrusyna A., Grabowski M., Chorowski M., Weelderen R. Experimental and Numerical Investigation of the Emergency Helium Release Into the LHC Tunnel // Cryogenics. 2016. V. 80. Pp. 17—32.
---
Для цитирования: Корняков И.А., Пузина Ю.Ю. Вырожденная паровая пленка при кипении He-II внутри пористой структуры // Вестник МЭИ. 2024. № 3. С. 89—98. DOI: 10.24160/1993-6982-2024-3-89-98
---
Обработка экспериментальных данных выполнена при поддержке Российского Научного Фонда (проект № 23-29-00342)
#
1. Vitrano A., Stepanov V., Authelet G., Baudouy B. Experimental Study of Three-phase Helium Mixtures in Confined Channels. Cryogenics. 2023;135:103741.
2. Vitrano A., Baudouy B. Double Phase Transition Numerical Modeling of Superfluid Helium for Fixed Non-uniform Grids. Computer Phys. Communication. 2021;273:108275.
3. Rousset B., Millet F. Performance Assessment of Multi-tube He-II/He-II Heat Exchanger Using A Single Tube Sample. Cryogenics. 2022;124:103484
4. Nemirovskiy S.K. Stokhasticheskaya Dinamika Kvantovannykh Vikhrey. Kontinual'nyy i Diskretnyy Podkhody. Fizika Nizkikh Tempepatup. 2020;46;S5:566—571. (in Russian).
5. Nemirovskii S.K. Cavity Evolution and the Rayleigh-Plesset Equation in Superfluid Helium. Phys. Rev. B. 2020;102:064551.
6. Kondaurova L.P. Dinamika Plotnosti Vikhrevykh Liniy i Teplovykh Impul'sov v Sverkhtekuchem Gelii. Fizika Nizkikh Temperatur. 2020;46;6:693—698. (in Russian).
7. Takada S., Kobayashi H., Murakami M., Kimura N. Comparative Study of Heat Transfer Performance and Visualization Images of Superfluid Helium Boiling in Narrow Two-dimensional channel. IOP Conf. Series: Materials Sci. and Eng. 2020:012142.
8. Takada S., Kimura N., Pietrowicz S., Grunt K., Murakami M., Okamura T. Visualization of He-II Boiling Process Under the Microgravity Condition for 4.7 s by Using a Drop Tower Experiment. Cryogenics. 2017;89:157—162.
9. Eikoku Y. e. a. Periodic Oscillation of Liquid Helium Boiling in a Narrow Rectangular Duct. J. Low Temp. Phys. 2019;196:6—12.
10. Gordon E.B., Karabulin A.V., Matyushenko V.I. Poluchenie Kvaziodnomernykh Metallicheskikh Geterostruktur Odnovremennoy Ablyatsiey Dvukh Misheney nad Poverkhnost'yu Sverkhtekuchego Geliya. Khimiya Vysokikh Energiy. 2020;54;3:180—185. (in Russian).
11. Karabulin A.V., Kulish M.I., Matyushenko V.I. Metod Gordona Generatsii Nitevidnykh Nanostruktur i Vysokotemperaturnye Protsessy v Sverkhtekuchem Gelii. Teplofizika Vysokikh Temperatur. 2021;59;3:337—344. (in Russian).
12. Kryukov A.P., Korolev P.V., Puzina Yu.Yu. Eksperimental'noe Issledovanie Kipeniya He-II Vnutri Poristogo Tela. Prikladnaya Mekhanika i Tekhnicheskaya Fizika. 2017;4:126—134. (in Russian).
13. Korolev P.V., Kryukov A.P., Puzina Yu.Yu. Konstruktsiya Eksperimental'noy Yacheyki dlya Issledovaniya Kipeniya Geliya-II v Usloviyakh Nevesomosti. Voprosy Elektromekhaniki. Trudy NPP VNIIEM. 2012;130;5:43—50. (in Russian).
14. Korolyov P.V., Kryukov A.P., Puzina Yu.Yu., Yachevsky I.A. The Formation of a Closed Vapor Film During the Boiling of Helium II on a Cylindrical Heater Inside the Porous Structure. J. Phys.: Conf. Series. 2020;1675:012059.
15. Filippov Yu.P., Miklyaev V.V. A Comparison of Two Kinds of TVO Cryogenic Temperature Sensors. Cryogenics. 2019;100:85—91.
16. Puzina Yu.Yu., Kryukov A.P. Rezhimy Kipeniya Geliya II na Tsilindricheskom Nagrevatele Vnutri Poristoy Struktury. Teplofizika Vysokikh Temperatur. 2023;61;4:619—124. (in Russian).
17. Klimenko A.V., Sinitsyn A.G. Plavanie Sfery s Temperaturoy, Prevyshayushchey Temperaturu Predel'nogo Peregreva Zhidkosti. Trudy Moskovskogo Energeticheskogo In-ta. 1984;34:104—112. (in Russian).
18. Grigor'ev V.S. i dr. Povedenie Parovoy Plenki na Sil'no Peregretoy Poverkhnosti, Pogruzhennoy v Nedogretuyu Vodu. Teplofizika Vysokikh Temperatur. 2005;43;1:100—114. (in Russian).
19. Kiseleva S.V., Teplyakov I.O., Ivochkin Yu.P., Mikhaylov E.A. Issledovanie Vliyaniya Deformatsii Svobodnoy Poverkhnosti na Elektrovikhrevoe Techenie v Polusfericheskom Ob'eme. Volny i Vikhri v Slozhnykh Sredakh: Sb. Materialov XIII Mezhdunar. Konf. — Shkoly Molodykh Uchenykh. Moskva, Institut Problem Mekhaniki Im. A.Yu. Ishlinskogo RAN, 2022:133—136. (in Russian).
20. Puzina Yu.Yu., Kryukov A.P. Dvizhenie Mezhfaznoy Poverkhnosti Geliy-II – Par v U-obraznom Kanale. Teplofizika i Aeromekhanika. 2023;30;4:751—762. (in Russian).
21. Ageev A.I., Kozub S.S., Stolyarov M.N. Kriogennaya Sistema Sverkhprovodyashchego Separatora dlya Kanala Kaonov Uskoritelya IFVE. Vestnik Mezhdunar. Akademii Kholoda. 2013;3:6—10. (in Russian).
22. Malecha Z.M., Jedrusyna A., Grabowski M., Chorowski M., Weelderen R. Experimental and Numerical Investigation of the Emergency Helium Release Into the LHC Tunnel. Cryogenics. 2016;80:17—32. (in Russian)
---
For citation: Kornyakov I.A., Puzina Yu.Yu. A Degenerated Vapor Film during He-II Boiling inside a Porous Structure. Bulletin of MPEI. 2024;3:89—98. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2024-3-89-98
---
Experimental Data Processing Was Carried Out with the Support of the Russian Science Foundation (Project No. 23-29-00342)
2. Vitrano A., Baudouy B. Double Phase Transition Numerical Modeling of Superfluid Helium for Fixed Non-uniform Grids // Computer Phys. Communication. 2021. V. 273. P. 108275.
3. Rousset B., Millet F. Performance Assessment of Multi-tube He-II/He-II Heat Exchanger Using A Single Tube Sample // Cryogenics. 2022. V. 124. P. 103484
4. Немировский С.К. Стохастическая динамика квантованных вихрей. Континуальный и дискретный подходы // Физика низких темпеpатуp. 2020. Т. 46. № S5. С. 566—571.
5. Nemirovskii S.K. Cavity Evolution and the Rayleigh-Plesset Equation in Superfluid Helium // Phys. Rev. B. 2020. V. 102. P. 064551.
6. Кондаурова Л.П. Динамика плотности вихревых линий и тепловых импульсов в сверхтекучем гелии // Физика низких температур. 2020. Т. 46. № 6. С. 693—698.
7. Takada S., Kobayashi H., Murakami M., Kimura N. Comparative Study of Heat Transfer Performance and Visualization Images of Superfluid Helium Boiling in Narrow Two-dimensional channel // IOP Conf. Series: Materials Sci. and Eng. 2020. P. 012142.
8. Takada S., Kimura N., Pietrowicz S., Grunt K., Murakami M., Okamura T. Visualization of He-II Boiling Process Under the Microgravity Condition for 4.7 s by Using a Drop Tower Experiment // Cryogenics. 2017. V. 89. Pp. 157—162.
9. Eikoku Y. e. a. Periodic Oscillation of Liquid Helium Boiling in a Narrow Rectangular Duct // J. Low Temp. Phys. 2019. V. 196. Pp. 6—12.
10. Гордон Е.Б., Карабулин А.В., Матюшенко В.И. Получение квазиодномерных металлических гетероструктур одновременной абляцией двух мишеней над поверхностью сверхтекучего гелия // Химия высоких энергий. 2020. Т. 54. № 3. С. 180—185.
11. Карабулин А.В., Кулиш М.И., Матюшенко В.И. Метод гордона генерации нитевидных наноструктур и высокотемпературные процессы в сверхтекучем гелии // Теплофизика высоких температур. 2021. Т. 59. № 3. С. 337—344.
12. Крюков А.П., Королев П.В., Пузина Ю.Ю. Экспериментальное исследование кипения He-II внутри пористого тела // Прикладная механика и техническая физика. 2017. № 4. С. 126—134.
13. Королёв П.В., Крюков А.П., Пузина Ю.Ю. Конструкция экспериментальной ячейки для исследования кипения гелия-II в условиях невесомости // Вопросы электромеханики. Труды НПП ВНИИЭМ. 2012. Т. 130. № 5. C. 43—50.
14. Korolyov P.V., Kryukov A.P., Puzina Yu.Yu., Yachevsky I.A. The Formation of a Closed Vapor Film During the Boiling of Helium II on a Cylindrical Heater Inside the Porous Structure // J. Phys.: Conf. Series. 2020. V. 1675. P. 012059.
15. Filippov Yu.P., Miklyaev V.V. A Comparison of Two Kinds of TVO Cryogenic Temperature Sensors // Cryogenics. 2019. V. 100. Pp. 85—91.
16. Пузина Ю.Ю., Крюков А.П. Режимы кипения гелия II на цилиндрическом нагревателе внутри пористой структуры // Теплофизика высоких температур. 2023. Т. 61. № 4. С. 619—124.
17. Клименко А.В., Синицын А.Г. Плавание сферы с температурой, превышающей температуру предельного перегрева жидкости // Труды Московского энергетического ин-та. 1984. Т. 34. С. 104—112.
18. Григорьев В.С. и др. Поведение паровой пленки на сильно перегретой поверхности, погруженной в недогретую воду // Теплофизика высоких температур. 2005. Т. 43. № 1. С. 100—114.
19. Киселева С.В., Тепляков И.О., Ивочкин Ю.П., Михайлов Е.А. Исследование влияния деформации свободной поверхности на электровихревое течение в полусферическом объеме // Волны и вихри в сложных средах: Сб. материалов XIII Междунар. конф. — школы молодых ученых. Москва, Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН, 2022. С. 133—136.
20. Пузина Ю.Ю., Крюков А.П. Движение межфазной поверхности гелий-II – пар в U-образном канале // Теплофизика и аэромеханика. 2023. Т. 30. № 4. С. 751—762.
21. Агеев А.И., Козуб С.С., Столяров М.Н. Криогенная система сверхпроводящего сепаратора для канала каонов ускорителя ИФВЭ // Вестник Междунар. академии холода. 2013. № 3. С. 6—10.
22. Malecha Z.M., Jedrusyna A., Grabowski M., Chorowski M., Weelderen R. Experimental and Numerical Investigation of the Emergency Helium Release Into the LHC Tunnel // Cryogenics. 2016. V. 80. Pp. 17—32.
---
Для цитирования: Корняков И.А., Пузина Ю.Ю. Вырожденная паровая пленка при кипении He-II внутри пористой структуры // Вестник МЭИ. 2024. № 3. С. 89—98. DOI: 10.24160/1993-6982-2024-3-89-98
---
Обработка экспериментальных данных выполнена при поддержке Российского Научного Фонда (проект № 23-29-00342)
#
1. Vitrano A., Stepanov V., Authelet G., Baudouy B. Experimental Study of Three-phase Helium Mixtures in Confined Channels. Cryogenics. 2023;135:103741.
2. Vitrano A., Baudouy B. Double Phase Transition Numerical Modeling of Superfluid Helium for Fixed Non-uniform Grids. Computer Phys. Communication. 2021;273:108275.
3. Rousset B., Millet F. Performance Assessment of Multi-tube He-II/He-II Heat Exchanger Using A Single Tube Sample. Cryogenics. 2022;124:103484
4. Nemirovskiy S.K. Stokhasticheskaya Dinamika Kvantovannykh Vikhrey. Kontinual'nyy i Diskretnyy Podkhody. Fizika Nizkikh Tempepatup. 2020;46;S5:566—571. (in Russian).
5. Nemirovskii S.K. Cavity Evolution and the Rayleigh-Plesset Equation in Superfluid Helium. Phys. Rev. B. 2020;102:064551.
6. Kondaurova L.P. Dinamika Plotnosti Vikhrevykh Liniy i Teplovykh Impul'sov v Sverkhtekuchem Gelii. Fizika Nizkikh Temperatur. 2020;46;6:693—698. (in Russian).
7. Takada S., Kobayashi H., Murakami M., Kimura N. Comparative Study of Heat Transfer Performance and Visualization Images of Superfluid Helium Boiling in Narrow Two-dimensional channel. IOP Conf. Series: Materials Sci. and Eng. 2020:012142.
8. Takada S., Kimura N., Pietrowicz S., Grunt K., Murakami M., Okamura T. Visualization of He-II Boiling Process Under the Microgravity Condition for 4.7 s by Using a Drop Tower Experiment. Cryogenics. 2017;89:157—162.
9. Eikoku Y. e. a. Periodic Oscillation of Liquid Helium Boiling in a Narrow Rectangular Duct. J. Low Temp. Phys. 2019;196:6—12.
10. Gordon E.B., Karabulin A.V., Matyushenko V.I. Poluchenie Kvaziodnomernykh Metallicheskikh Geterostruktur Odnovremennoy Ablyatsiey Dvukh Misheney nad Poverkhnost'yu Sverkhtekuchego Geliya. Khimiya Vysokikh Energiy. 2020;54;3:180—185. (in Russian).
11. Karabulin A.V., Kulish M.I., Matyushenko V.I. Metod Gordona Generatsii Nitevidnykh Nanostruktur i Vysokotemperaturnye Protsessy v Sverkhtekuchem Gelii. Teplofizika Vysokikh Temperatur. 2021;59;3:337—344. (in Russian).
12. Kryukov A.P., Korolev P.V., Puzina Yu.Yu. Eksperimental'noe Issledovanie Kipeniya He-II Vnutri Poristogo Tela. Prikladnaya Mekhanika i Tekhnicheskaya Fizika. 2017;4:126—134. (in Russian).
13. Korolev P.V., Kryukov A.P., Puzina Yu.Yu. Konstruktsiya Eksperimental'noy Yacheyki dlya Issledovaniya Kipeniya Geliya-II v Usloviyakh Nevesomosti. Voprosy Elektromekhaniki. Trudy NPP VNIIEM. 2012;130;5:43—50. (in Russian).
14. Korolyov P.V., Kryukov A.P., Puzina Yu.Yu., Yachevsky I.A. The Formation of a Closed Vapor Film During the Boiling of Helium II on a Cylindrical Heater Inside the Porous Structure. J. Phys.: Conf. Series. 2020;1675:012059.
15. Filippov Yu.P., Miklyaev V.V. A Comparison of Two Kinds of TVO Cryogenic Temperature Sensors. Cryogenics. 2019;100:85—91.
16. Puzina Yu.Yu., Kryukov A.P. Rezhimy Kipeniya Geliya II na Tsilindricheskom Nagrevatele Vnutri Poristoy Struktury. Teplofizika Vysokikh Temperatur. 2023;61;4:619—124. (in Russian).
17. Klimenko A.V., Sinitsyn A.G. Plavanie Sfery s Temperaturoy, Prevyshayushchey Temperaturu Predel'nogo Peregreva Zhidkosti. Trudy Moskovskogo Energeticheskogo In-ta. 1984;34:104—112. (in Russian).
18. Grigor'ev V.S. i dr. Povedenie Parovoy Plenki na Sil'no Peregretoy Poverkhnosti, Pogruzhennoy v Nedogretuyu Vodu. Teplofizika Vysokikh Temperatur. 2005;43;1:100—114. (in Russian).
19. Kiseleva S.V., Teplyakov I.O., Ivochkin Yu.P., Mikhaylov E.A. Issledovanie Vliyaniya Deformatsii Svobodnoy Poverkhnosti na Elektrovikhrevoe Techenie v Polusfericheskom Ob'eme. Volny i Vikhri v Slozhnykh Sredakh: Sb. Materialov XIII Mezhdunar. Konf. — Shkoly Molodykh Uchenykh. Moskva, Institut Problem Mekhaniki Im. A.Yu. Ishlinskogo RAN, 2022:133—136. (in Russian).
20. Puzina Yu.Yu., Kryukov A.P. Dvizhenie Mezhfaznoy Poverkhnosti Geliy-II – Par v U-obraznom Kanale. Teplofizika i Aeromekhanika. 2023;30;4:751—762. (in Russian).
21. Ageev A.I., Kozub S.S., Stolyarov M.N. Kriogennaya Sistema Sverkhprovodyashchego Separatora dlya Kanala Kaonov Uskoritelya IFVE. Vestnik Mezhdunar. Akademii Kholoda. 2013;3:6—10. (in Russian).
22. Malecha Z.M., Jedrusyna A., Grabowski M., Chorowski M., Weelderen R. Experimental and Numerical Investigation of the Emergency Helium Release Into the LHC Tunnel. Cryogenics. 2016;80:17—32. (in Russian)
---
For citation: Kornyakov I.A., Puzina Yu.Yu. A Degenerated Vapor Film during He-II Boiling inside a Porous Structure. Bulletin of MPEI. 2024;3:89—98. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2024-3-89-98
---
Experimental Data Processing Was Carried Out with the Support of the Russian Science Foundation (Project No. 23-29-00342)
Опубликован
2024-02-20
Выпуск
Раздел
Машины и аппараты, процессы холодильной и криогенной техники (технические науки) (2.4.8.)
