х, розташовується між третім і четвертим перетинами теплообмінника, рахуючи від входу в апарат. Як випливає з графіка на рис. 9, в цій зоні значення коефіцієнта тепловіддачі максимально, далі по довжині теплообмінника убуває одночасно зі зменшенням.
Рис. 9. Зміна коефіцієнта тепловіддачі прямого і зворотного потоків по довжині теплообмінника нижньої дросельної ступені
Таким чином, отримані дані щодо розподілу коефіцієнтів тепловіддачі прямого і зворотного потоків досить достовірно відображають процеси, що протікають в теплообміннику нижньому ступені охолодження. На тепловий режим низькотемпературної ступені охолодження певний вплив має низькотемпературний нагнітач VI, застосовуваний для створення необхідного рівня розрідження над поверхнею киплячого гелію у ванні теплообмінника V (див. Рис. 8). Ступінь розрідження в теплообміннику навантаження буде визначатися напірної характеристикою нагнітача, яка повинна бути підібрана таким чином, щоб забезпечувалася нормальна робота нагнітача при змінних теплових навантаженнях на низькотемпературну ступінь охолодження.
Напорная характеристика нагнітача з достатньою точністю може бути апроксимована поліномом виду
,
де?- Відношення тисків; Gпр - приведена витрата речовини; A, B, C - постійні величини, що підбираються за характеристикою нагнітача; e - показник ступеня, що приймається в діапазоні 2 ... 4.
Витрата гелію через нагнітач розраховуємо за допомогою наступного виразу:
,
де G0 - витратний коефіцієнт нагнітача; p, T - тиск і температура на вході в нагнітач; p0, T0 - тиск і температура на виході з нагнітача.
Як випливає з виразів (20) і (21), розрахункова витрата гелію через нагнітач залежить від ряду структурних коефіцієнтів, тому методом їх варіювання забезпечується необхідна холодопродуктивність ступені охолодження.
Для моделювання видаткової характеристики криогенного нагнітача використовуємо процедуру NAGNET, в якій за виразами (20) і (21) визначаємо параметри криогенного нагнітача.
Для зручності запису розрахункових виразів при аналізі було прийнято, що цифрові індекси у символів, що позначають матеріальні, енергетичні потоки і параметри стану гелію, відповідають нумерації вузлових точок на рис. 8. Індекс «нуль» означає вихідний режим.
Статичні характеристики ступені охолодження визначаємо відповідно до блок-схемою на рис. 10.
Розрахунок починаємо за даними блоку 1 з визначення параметрів парогенеруючої поверхні і видаткової характеристики нагнітача VI, для чого за процедурами програми Термодинамічне поле (блок 2), CRPS (T6O), FAZA2 (P3) і FAZA2 (P60) обчислюємо параметри гелію в характерних точках апарату V (див. рис. 8, б) і витрата гелію G60.
Далі за процедурою DROSL (P4, T4, P6) визначаємо енергетичний стан потоку гелію G40 і статичну холодопродуктивність ступені охолодження:
,
де G60 - витрата гелію, відкачуваного криогенним нагнітачем (в статиці дотримується рівність G40=G60); ? G - частка пара, що утворився при дроселюванні насиченою рідини у вентилі II; r0 (p60) - теплота пароутворення гелію при тиску p60.
За відомим тиску p70 і параметрам в точці 6 (див. ріс..8) за процедурою SCONST визначаємо значення T70 і h7s, а потім обчислюємо питому роботу нагнітача:
і ентальпію гелію в точці 7:
.
Розрахунок параметрів в елементах ступені охолодження, що працюють в температурному діапазоні T1=10 К і T80, провадиться в блоці 6 з використанням методу послідовних наближень. Спочатку по заданому значенню температури T2 за процедурою DROS (P1, T2, P8) розраховується енергетичний стан гелію в точці 3 (див. Рис. 8), а далі з рівнянь матеріального і теплового балансу з використанням процедури TH (P9, H9, T9) визначаються витрата речовини потоку G9 і параметри стану зворотного потоку на вході в апарат I. Стан гелію в точці 2 (див. рис. 8) уточнюється в блоці 6 на черговому кроці ітерації, у блоці 7 зіставляється отримане значення T2 із заданою точністю розрахунку. У разі задоволення умові збіжності рішення розрахунок статичного режиму закінчується, результати виводяться на друк і служать вихідними даними для аналізу динамічних режимів роботи ступені охолодження.
Розглянемо результати розрахунків статичних параметрів ступені охолодження.
Значення параметрів гелію в апараті I (див. рис. 8): T20=5,31 К; T90=5,17 К; T100=9,86 К; різниця температур? T=T1 - T100=0,14 К; витрата гелію G100=G90=6,979 г/с.
Значення параметрів криогенного нагнітача та апарату V (див. рис. 8): ступінь стиснення гелію становить 2,743; витрата гелію G60=4,004 г/с; питома робота Дж/г; ...
