(системі).
Рівень рідини в обсязі V може бути знайдений з рівняння (16), причому спочатку визначаємо значення наведеної щільності, a потім по різниці припливу і стоку G?,? + ?? речовини за проміжок часу ?? в обсязі V - нове значення наведеної щільності:
.
Тоді обсяг парового простору в момент часу? + ??
,
де? G,? + ?? і? L,? + ??- Щільність пари і рідини, обчислена за отриманими значеннями температури T? + ?? і тиску p? + ??, а об'єм рідини
.
Таким чином, за допомогою динамічної моделі парогенеруючої поверхні кріогенної системи визначаємо розгінну характеристику кріогенної гелієвої установки, т. е. закономірності зміни параметрів зворотного потоку на вході в основний теплообмінний апарат нижньому ступені охолодження та умови криостатирования об'єкта.
. Динамічні характеристики нижньому ступені охолодження КГУ
Система криогенного забезпечення високої ефективності повинна володіти можливістю узгодження режимів роботи кріогенної установки і об'єкта криостатирования. З точки зору експлуатації певну перспективу мають двоконтурні системи криостатирования, в яких об'єкт охолоджується однофазним циркуляційним потоком гелію при сверхкритическом тиску.
З існуючих різних схемних рішень низькотемпературних ступенів охолодження для моделювання обрана нижня щабель з дроселюванням і криогенним нагнітачем. На рис. 8 показана принципова схема цьому ступені.
Рис. 8. Принципова розрахункова схема низькотемпературної ступені охолодження:
а - щабель охолодження; б - розрахункова схема теплообмінника;
в - розрахункова схема теплообмінника навантаження;- Основний теплообмінний апарат (рекуперативний теплообмінник); , IV - дросельні вентилі; III - збірка рідкого гелію;- Теплообмінник навантаження;- Криогенний (низькотемпературний) нагнітач;
- 9 - характерні точки процесу
Розглянемо поведінку низькотемпературної ступені охолодження при наявності імпульсного тепловиділення. При збільшенні тепловиділення порушується матеріальний і енергетичний баланс апарату V, що призводить до підвищення тиску парів гелію і збільшенню рівноважної температури. Відбувається зміна співвідношень обсягів пари і рідини в міжтрубному просторі апарату V. Підвищення тиску в паровому просторі тягне за собою зменшення витрати гелію через дросель IV і збільшення рівня рідини в збірнику III. Зміна параметрів стану парів гелію на вході в нагнітач VI викликає переміщення робочої точки по його характеристиці і збільшення витрати зворотного потоку, призводить до появи перехідного процесу в апараті I, в результаті чого змінюється температура газу перед дроселем II і знижується температура зворотного потоку на виході внаслідок недовикористання холоду при рекуперації. Швидкість зміни тиску рідкого гелію в міжтрубномупросторі теплообмінника V залежить від акумулюючої ємності апарату.
Все викладене є якісним описом перехідного процесу, який характеризується досить великим числом зв'язків, тому єдиний шлях кількісної оцінки цього режиму - моделювання його на ЕОМ.
Для розрахунку динамічних характеристик необхідно знати статичний розподіл параметрів в основних елементах ступені охолодження, до яких відносяться рекуперативний теплообмінник I, дросельний вентиль IV, криогенний нагнітач VI і парогенеруючого поверхню апарату V (див. рис. 8, а).
У чисельному експерименті параметри гелію і конструктивні розміри основного теплообмінника відповідають характеристикам низькотемпературної ступені охолодження кріогенної гелієвої установки КГУ - 250/4,5.
Параметри гелію: тиск прямого потоку гелію на вході в теплообмінник I р1=1,4 МПа; температура T1=10 К; тиск зворотного потоку р3=0,13 МПа. Температура кипіння у ванні теплообмінника навантаження T60=3,5 К. Основний теплообмінник I являє собою кручений поперечноточний апарат з оребренними трубками.
Нижній щабель охолодження розглядається як комбінована модель, в якій теплообмінник I є об'єктом з розподіленими параметрами, а інші елементи - із зосередженими параметрами.
Оскільки ефективність теплообміну в апараті I певною мірою характеризується зміною коефіцієнтів тепловіддачі по довжині теплообмінника, в попередньому чисельному експери-мент отримано дані про їх розподіл вздовж каналу.
Коефіцієнт тепловіддачі зворотного потоку (рис. 9) майже постійний по довжині теплообмінника. Певний виняток становлять лише ділянки, розташовані поблизу виходу потоку з теплообмінника, де у зв'язку з більш інтенсивним зміною фізичних властивостей зворотного потоку відбувається незначне зростання. Зміна коефіцієнта тепловіддачі прямого потоку пов'язано зі зміною по довжині теплообмінника. При p1=1,4 МПа температура Тmах, відповідна максимуму cp, становить близько 9,4 К. За отриманим розподілу температур зона з температурою прямого потоку, близької до Тmа...
