5 / 9
При моделировании системы охлаждения с применением двух раз-
дельных криогенных экранов рассматривается перенос теплоты с азот-
ного экрана на гелиевый и с азотного экрана на объект захолаживания.
Все тепловые потоки в модели определяются на основании уравне-
ния лучистого переноса теплоты (1). При рассмотрении переходного
процесса [11] необходимо использовать математические модели для
каждого элемента системы отдельно.
Изменение температуры охлаждаемого объекта определяется из
уравнения теплового баланса
cm
dT
объекта
dτ
=
X
Q
i
,
(3)
где
c
и
m
— теплоемкость и масса охлаждаемого объекта;
Q
i
— тепло-
вые потоки.
Температура поверхности экранов канального типа определяется
на основании системы уравнений теплопроводности и конвективного
теплообмена криоагента в канале:
q
=
α
He
(
T
ст.Не
−
T
He
);
q
=
λ
(
T
нар
−
T
ст.Не
)
/δ,
где
q
— удельный тепловой поток;
λ
— теплопроводность стенки;
δ
—
толщина стенки;
T
He
— температура потока гелия;
T
ст.He
— температура
стенки со стороны гелия;
T
нар
— наружная температура экрана;
α
—
коэффициент теплоотдачи от стенки экрана в гелий, определялся по
критериальным уравнениям [12].
При этом в качестве известных параметров использовались пло-
щадь поверхности излучения экранов, расход криогенного агента че-
рез экран и толщина стенки экрана.
Описанный алгоритм лег в основу методики расчета процесса
охлаждения объекта при тепловых испытаниях, позволяющей опре-
делить изменение температуры объекта по времени.
Для моделируемого случая использовался экран, состоящий из тру-
бок из сплава АМг6 диаметром 10 мм и толщиной стенки 1 мм, со-
вмещенных друг с другом без зазоров. Расход гелия через экран —
0,015 кг/с. Гелий в трубках кипит при давлении 1 атм и температуре
4,2 K. Излучающая и поглощающая поверхности экрана и охлаждае-
мого объекта представляют собой прямоугольники с центрами, разме-
щенными на одной прямой. Экран и объект размещаются в камере с
отражающими стенками.
Расчетные зависимости температуры от времени для позициониру-
емого гелиевого экрана площадью 2 м
2
и тела массой 16 кг и площадью
поверхности излучения 1,5 м
2
с первоначальной температурой 77,5 K
приведены на рис. 3. Материал тела — сплав АМг6.
60 ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2015. № 1