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玻璃廣口實(shí)驗(yàn)液氦杜瓦瓶的漏熱和溫度分布(一)

點(diǎn)擊次數(shù):1002 更新時間:2021-03-15

在使用實(shí)驗(yàn)液氦杜瓦瓶時,對它的漏熱和瓶內(nèi)溫度分布有所了解是重要的。找到漏熱的主要因素加以克服,可以使蒸發(fā)速度降低,大大地延長實(shí)驗(yàn)時間;在一些實(shí)驗(yàn)中,如裝置在4.2K液面以上的恒溫器,超導(dǎo)電引線的使用,77K屏或擋板的設(shè)置等,則要知道瓶內(nèi)溫度的分布情況.對廣口實(shí)驗(yàn)杜瓦, J.Boardman, P.Lyn an和R.G.Scurlock等1在研究瓶內(nèi)溫度分布及氣流分布的基礎(chǔ)上提出了減少漏熱的一些方法,倉岡泰郎等又特別研究了從瓶口室溫部分向下的輻射的影響和計(jì)算,但大多是處理瓶內(nèi)壁上部有固定的液氮冷卻77K溫度點(diǎn)的金屬杜瓦。在瓶壁溫度分布方面, M.J.Crooks對玻璃杜瓦進(jìn)行了測量, 但主要工作也是對瓶內(nèi)壁上部固定在77K的杜瓦做的,并且只研究了77K以下的部分.國內(nèi)一般使用70cm長雙層壁一直通到室溫的玻璃杜瓦瓶,我們研究了這類杜瓦的漏熱及
瓶溫分布、本文報(bào)道了我們的一些實(shí)驗(yàn)結(jié)果.
漏熱
一、
1.所用液氨杜瓦是一般熱電測量和溫度測量中常用的外徑80mm,內(nèi)徑60mm,長700mm的鍍銀玻璃杜瓦瓶(上海玻璃一廠制造),外面套一外徑120mm,內(nèi)徑95mm,長600mm的液氮杜瓦瓶(圖1).總的漏熱由20至30分鐘內(nèi)液面高度i的變化算出,誤差土2mW.用手電照射,通過1cm左右寬窄未鍍銀的垂直狹縫,可清晰地看到液面.液氮杜瓦和液氦杜瓦的透明狹縫對正.實(shí)驗(yàn)表明,在沒有直射光線照射時,狹縫錯開和對正,液氦的蒸發(fā)差別很小,從我們所用的浮子流量計(jì)估計(jì),小于3mW.在觀察液面時用手電照射,

 由于和總的觀察時間相比,照射時間只占1%左右,影響很小.實(shí)驗(yàn)時,兩瓶狹縫對正,沒有直射光線.氮液面一直維持在較高的位置,離液氮杜瓦瓶口7±2cm處.進(jìn)人液氦的還有一支輸液管(圖1中未畫出),為消除熱聲振蕩的影響,實(shí)驗(yàn)時,輸液管上口和氣柜相連.
2.廣口杜瓦主要的漏熱來源有三.一是從處在室溫的杜瓦瓶口向下的熱輻射qp,二是沿著杜瓦瓶壁向下的固體傳熱9c,三是從
液氦杜瓦瓶77K外壁向液體氦的熱輻射4R及通過剩余氣體的傳熱4g.重要的是要設(shè)法大致估計(jì)出每一項(xiàng)的大小,在具體情況下找
出主要的漏熱來源.液He杜瓦一防輻射擋板液N彈性銅片熱電偶滑動結(jié)點(diǎn)
4.
在灌液氦前,先用空氣沖洗液氨杜瓦夾層6一10次,每次抽到10-2托,然后充入大氣以保證去除因滲漏或其它原因進(jìn)入夾層的多余的氦氣,*后抽到3×10-²托左右.灌入液氨,由于液氦的冷凝作用,剩余氣體傳熱q:可以忽略.在各次實(shí)驗(yàn)中,處理杜瓦瓶夾層
的時間長短,次數(shù)多少,真空程度都不盡相同,但總的漏熱基本不變,證實(shí)了這種看法知道了銀層的輻射系數(shù),77K側(cè)壁的熱輻射qo近似地可以算出.我們采取比較保守的估計(jì),取銀層輻射系數(shù)8=0.03.這一項(xiàng)漏熱和冷表面的面積,即液面高度成正比,約
1--3mW.
沿壁向下的傳導(dǎo)漏熱依賴于蒸發(fā)的冷氣流吸收熱量的多少.一般講測出沿瓶壁的溫度分布,知道了所用玻璃的熱導(dǎo)率后可以算出.由于沒有熱導(dǎo)率的準(zhǔn)確數(shù)據(jù),我們采用另外的方法1.習(xí):用一浸沒在液氦中的加熱器加熱,選擇某一加熱功率qh使沿壁向下的固體
傳熱全部為上升的冷氣流吸收,此時總的漏熱為qx.q.一qa一GR+qo(圖2),加熱器功率為零時的總漏熱用q.表示,4o一(9:一qh)一4c.在我們的實(shí)驗(yàn)中,選用4h~50mW,得到的結(jié)果一般要比按溫度梯度和熱導(dǎo)系數(shù)估計(jì)的大一些.

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