Non-Vortex Superfluid Flow of Helium-II in the Channel with a Porous Insert
Abstract
The heat and mass transfer processes associated with flow of superfluid helium (He-II) in a channel filled with porous medium in a certain part of its length are analyzed. The heat flux is directed along the channel axis so that a vapor plug is generated near the heater. The steady-state heat-and-mass transfer processes at the interfaces are calculated using the molecular kinetic theory methods. The motion of He-II in pores is described by equations that take into account the specific features of heat and mass transfer in a quantum fluid. A map of flow modes for normal and superfluid components for a monodisperse porous fill is plotted. The normal component’s laminar and turbulent flow modes for nonvortex superfluid motion are considered. Formulas correlating the porous insert length with the fluid velocity are derived for these modes. It is found that He-II flow toward the heater is possible when the porous insert length exceeds a certain value. The dependences of this reversible length on the porous fill structural features and heat flux density are presented. For the laminar mode of normal motion, the reversible length is determined by the diameter of monodisperse fill particles at a given temperature, whereas in the turbulent mode this length also depends on the heat flux. The influence of liquid temperature is studied. Reversible length calculation examples are given. The results of the performed calculations are analyzed by comparing them with the previously obtained data for He-II flow in a single capillary.
References
2. Крюков А.П. Движение жидкости в канале с паром при наличии продольного теплового потока // Теплофизика высоких температур. 2000. Т. 38. No 6. C. 945—949.
3. Голованов И.Н., Королев П.В., Пузина Ю.Ю. Эксперименты по движению сверхтекучего гелия в капилляре применительно к планируемым исследованиям на Международной Космической Станции // Вопросы электромеханики: Труды НПП ВНИИЭМ. 2010. Т. 119. No 6. С. 49—56.
4. Королев П.В., Крюков А.П., Медников А.Ф. Экспериментальное исследование движения гелия-II в капилляре при наличии паровой полости вблизи нагревателя // Вестник МЭИ. 2006. No 4. С. 27—33.
5. Van Sciver S.W. Helium Cryogenics. The International Cryogenics Monograph Series. N.-Y.: Springer, 2012.
6. Vanderlaan M.H., Van Sciver S.W. He Ii Heat Transfer Through Random Package Spheres: Pressure Drop // Cryogenics. 2014. V. 63. Pp. 37—42.
7. Витков Г.А., Холпанов Л.П., Шерстнев С.Н. Гидравлическое сопротивление и тепломассообмен. М.: Наука, 1994.
8. Муратова Т.М., Лабунцов Д.А. Кинетический анализ процессов испарения и конденсации // Теплофизика высоких температур. 1969. Т. 7. No 5. С. 959—976.
9. Ястребов А.К., Крюков А.П. Тепломассоперенос через пленку пара с учетом движения межфазной поверхности жидкость – пар и роста температуры границы раздела фаз // Теплофизика высоких температур. 2006. Т. 44. No 4. С. 560—567.
---
Для цитирования: Пузина Ю.Ю., Королев П.В., Крюков А.П. Течение гелия-II в канале с пористой вставкой при безвихревом сверхтекучем движении // Вестник МЭИ. 2017. № 4. С. 8—14. DOI: 10.24160/1993-6982-2017-4-8-14.
#
1. Korolev P.V., Kryukov A.P. Dvizhenie Sverhtekuchego Geliya v Kapillyare s Parom pri Nalichii Prodol'nogo Teplovogo Potoka. MPEI Vestnik. 2002;1:43—46. (in Russian).
2. Kryukov. A.P. Dvizhenie Zhidkosti v Kanale s Parom pri Nalichii Prodol'nogo Teplovogo Potoka. Teplofizika Vysokih Temperatur. 2000;38;6:945—949. (in Russian).
3.Golovanov I.N., Korolev P.V., Puzina Yu.Yu. Eksperimenty po Dvizheniyu Sverhtekuchego Geliya v Kapillyare Primenitel'no k Planiruemym Issledovaniyam na Mezhdunarodnoy Kosmicheskoy Stantsii. Voprosy Elektromekhaniki: Trudy NPP VNIIEM. 2010;119;6:49—56. (in Russian).
4. Korolev P.V., Kryukov A.P., Mednikov A.F. Eksperimental'noe Issledovanie Dvizheniya Geliya II v Kapillyare pri Nalichii Parovoy Polosti Vblizi Nagrevatelya. MPEI Vestnik. 2006;4:27—33. (in Russian).
5. Van Sciver S.W. Helium Cryogenics. The International Cryogenics Monograph Series. N.-Y.: Springer, 2012.
6. Vanderlaan M.H., Van Sciver S.W. He II Heat Transfer Through Random Package Spheres: Pressure Drop. Cryogenics. 2014; 63:37—42.
7. Vitkov G.A., Holpanov L.P., Sherstnev S.N. Gidravlicheskoe soprotivlenie i Teplomassoobmen. M.: Nauka, 1994. (in Russian).
8. Muratova T.M., Labuntsov D.A. Kineticheskiy Analiz Protsessov Ispareniya i Kondensatsii. Teplofizika Vysokih Temperatur. 1969;7;5:959—976. (in Russian).
9. Yastrebov A.K., Kryukov A.P. Teplomassoperenos Cherez Plenku Para s Uchetom Dvizheniya Mezhfaznoy Poverhnosti Zhidkost' Par i Rosta Temperatury Granitsy Razdela Faz. Teplofizika Vysokih Temperatur. 2006;44;4:560—567. (in Russian)
---
For citation: Puzina Yu.Yu., Korolev P.V., Kryukov A.P. Non-Vortex Superfluid Flow of Helium-II in the Channel with a Porous Insert. MPEI Vestnik. 2017; 4: 8—14. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2017-4-8-14.
