температура T60=3,5 К; теплове навантаження Q0=75 Вт
При моделюванні динамічних характеристик парогенеруючої поверхні апарату V використовуємо рівняння (12) - (19), що описують динаміку процесу в теплообміннику навантаження у ступені охолодження.
Витрата гелію через дросель IV в перехідному режимі апроксимується залежністю
,
а видаткова характеристика нагнітача апроксимується поліномом
,
де, тут A, B, C, m - коефіцієнти полінома.
Слід зазначити, що нерівномірність процесу випаровування в моделі не враховується, оскільки час релаксації значно менше часу перехідних процесів у кріогенній установці. Динаміка теплових процесів в рекуперативному теплообміннику I описана кінцево-різницевими рівняннями.
В обчислювальному експерименті були прийняті наступні допущення: теплоприток з навколишнього середовища до щабля охолодження qc=0; тиск і температура прямого потоку, тиск зворотного потоку і ККД нагнітача протягом перехідного процесу постійні; через малого значення Qн теплота, акумульована металом теплообмінника навантаження, в енергетичному балансі (13) не враховується.
Обурення імітується прямокутним імпульсом теплового навантаження з різними тривалістю дії та інтенсивністю.
Обчислення параметрів низькотемпературної ступені охолодження системи криостатирования відповідає блок-схемі на рис. 11, яка структурно складається з раніше описаних програм, підпрограм і розрахункових процедур. Динамічні параметри парогенеруючої поверхні теплообмінника навантаження розраховуються в блоці 6, а витратні характеристики дросельного вентиля IV та кріогенного нагнітача VI - в блоці 7.
Динаміку теплових процесів в рекуперативному теплообміннику I визначаємо за підпрограмі Теплодінаміка, а параметри зворотного потоку уточнюємо на кожному часовому кроці розрахунку з рішення рівнянь матеріального і теплового балансу збірника
Рис. 11. Блок-схема алгоритму розрахунку динамічних параметрів ступені охолодження рідкого гелію III з урахуванням стану робочої речовини після дроселя II і на виході з криогенного нагнітача VI. У блоці 9 виробляється нарощування часу рахунки, його зіставлення з заданими значеннями B. У разі необхідності рахунок може бути продовжений.
Обчислювальний експеримент спрямований на вирішення двох завдань: по-перше, оцінити вплив акумулюють теплових ємностей парового і рідинного обсягів теплообмінника навантаження на температурний рівень криостатирования; по-друге, визначити ступінь зміни основних характеристик кінцевий ступені охолодження при дії імпульсних теплових навантажень.
При вирішенні першого завдання встановлено (розрахунки проводилися при тепловій навантаженні Qім=3Q0 і часу дії імпульсу?=6 с), що збільшення парового об'єму в апараті V в чотири рази при VL0=const практично не впливає на рівень термостатування, у той час як при тому ж діапазоні варіювання об'єму рідини і VG0=const відбувається більша зміна тиску пари р6 і температури насиченою рідини TL=TG. Результати розрахункового аналізу по визначенню впливу рівня рідкого гелію в теплообміннику навантаження (при сумарному обсязі міжтрубному простору V=0,05 м3) показали, що збільшення кількості рідкого гелію уповільнює зростання температури. Зміна відносної різниці температур рідкого?? Елія при різних значеннях характеризується наступними значеннями:
? VL ... 0,1 0,25 0,5? TL ... 0,074 0,037 0,002
Як випливає з даних на рис. 12, зі збільшенням теплового імпульсу від Qім=2Q0 до Qім=8Q0 відбувається підвищення температури гелію, киплячого наприкінці розгону системи при? раз=6 с і температурі від 3,75 до 3,77 К. Темп зростання температури за? раз приблизно на порядок вище швидкості відновлення параметрів в теплообміннику навантаження після зняття теплового імпульсу, а коефіцієнт відновлення параметрів Kв =? в /? раз в розглянутих випадках має значення порядку 12. Настільки велика інерційність перехідного процесу в період відновлення параметрів може спричинити за собою вкрай небажані наслідки, якщо періодичність виникнення імпульсних тепловиділень буде характеризуватися інтервалом часу менше? в. У цьому випадку кріогенна система з кожним новим тепловим імпульсом буде переходити на більш високий температурний рівень і з часом не забезпечить необхідних умов криостатирования.
Рис. 12. Зміна температури криостатирования при d VL=0,5, t раз=6 с і різної інтенсивності теплового імпульсу:
- Qім=2Q0; 2 - Qім=5Q0; 3 - Qім=8Q0
Для другого завдання, метою якої є моделювання найбільш складних умов роботи низькотемпературної ступені охолодження, приймаємо? VL=0,1; теплової імпульс Qім=2Q0; час дії імпульсу? раз=20 с. Як і слід було очікувати, перехідні процеси в парогенеруючого ланці - теплообміннику навантаження V (...
