連續(xù)流動(dòng)式低溫泵的制冷方式及機(jī)理
發(fā)布時(shí)間:2016年04月18日 09:49 閱讀:6026
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澤德
連續(xù)流動(dòng)式低溫泵是根據(jù)蒸發(fā)器原理來(lái)提供冷量。泵中低溫板是一換熱器,低溫液體在換熱器中汽化,其蒸發(fā)潛熱和顯熱即可用來(lái)冷卻。低溫泵的低溫面利用蒸發(fā)氦來(lái)冷卻。氦由儲(chǔ)存容器可調(diào)節(jié)地供給低溫面,可連續(xù)工作在2.5~293K之間的任意可調(diào)溫度下。這種低溫泵體積龐大,管路復(fù)雜,管路冷損較大;優(yōu)點(diǎn)是制冷功率大,最適宜于抽除大氣量或大型真空室。它被廣泛應(yīng)用于空間環(huán)境模擬設(shè)備,受控?zé)岷朔磻?yīng)裝置,火箭發(fā)動(dòng)機(jī)高空點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)以及低壓空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)等。
連續(xù)流動(dòng)式低溫泵通過(guò)液氦入口供給的液氦,冷卻銅制內(nèi)側(cè)低溫板,然后冷卻圓筒形外側(cè)低溫板,氦氣放出。內(nèi)側(cè)低溫板冷卻到2.5K時(shí)使氫冷凝,而外側(cè)低溫板冷卻到18~20K時(shí),沸點(diǎn)高的氣體被冷凝。調(diào)節(jié)液氦的供給量可以控制溫度。這種低溫泵的液氮消耗量為1L/h,對(duì)于氫抽速為2000L/h,對(duì)于氮抽速為500L/h。這種低溫泵的安裝方向較自由,低溫板可制成任意形狀,并且輻射屏蔽不需用液氮,所以具有很多優(yōu)點(diǎn)。
用于空間模擬室的儲(chǔ)液式和連續(xù)流動(dòng)式并用的低溫泵。這種低溫泵是為抽除20m3空間模擬室中水蒸氣和空氣而設(shè)計(jì)的。對(duì)氮抽速為12000L/s,對(duì)水蒸氣抽速為25000L/s。低溫板是螺旋狀圓錐形銅管。低溫板安裝在液氮池中間的儲(chǔ)液式低溫泵上,在上、下端安裝輻射屏蔽板。為了使光線不能進(jìn)入20K的部位,在板的內(nèi)側(cè)涂有摻入石墨的涂料,外側(cè)研磨成鏡面狀。溫度的控制是用氫蒸氣壓溫度計(jì)和控制閥來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
連續(xù)流動(dòng)式低溫泵有蒸發(fā)制冷與冷氣制冷兩種制冷方式,根據(jù)低溫面的溫度丁所處的范圍不同,制冷的機(jī)理也不同。
1)在溫度T<4.2K時(shí),氦以液氦的形式供給低溫面。低溫面的溫度可低至T=2.5K并保持恒定。液氦的需求量隨著溫度丁的降低而增加。
2)在4·2K<T<15K時(shí),液-氣混合物流過(guò)真空室。熱傳遞是這兩相流參數(shù)的函數(shù),并按照流動(dòng)類型,有可能出現(xiàn)壓強(qiáng)起伏和溫度波動(dòng)。這種波動(dòng)與導(dǎo)管的尺寸和低溫面的熱負(fù)荷有關(guān)。
3)在T>15K時(shí),真空室內(nèi)實(shí)際是單相流,與冷氣制冷一樣,溫度T可維持恒定,達(dá)到△T/T<10-5。
比較兩種制冷方式,蒸發(fā)制冷比冷氣制冷的液氦消耗量較小。在T<4·2K時(shí),應(yīng)采用蒸發(fā)制冷;在4.2K<T<15K時(shí),蒸發(fā)制冷由于沸騰延遲和跳動(dòng)而出現(xiàn)振動(dòng),因而穩(wěn)定度差,在必須避免這種現(xiàn)象的場(chǎng)合下可以選擇冷氣制冷。
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