绝热管内液氦气蚀流动过程特性的研究

摘要

液氦作为低温应用领域中标志性的低温液体，近来得到了越来越广泛的应用，目前对液氦所开展的研究也越来越多。处于饱和状态的液氦在流动过程中，如果通过狭窄通道，由于流动阻力压力降低，使其处于过热状态，就有可能发生气蚀现象。一方面，气蚀现象发生时通常会对低温设备造成不良后果甚至严重破坏；另一方面，在某些应用场合，可采用把接近“λ”相变温度的HeⅠ输送至使用点，再利用气蚀效应使其产生相变而形成HeⅡ。因此，研究液氦气蚀流动的特性具有重要的实际意义。 本文主要围绕液氦气蚀流动的特点，针对其中的一些关键问题，从以下几个方面开展了研究：⑴液氦在过热区的热力参数、物性参数计算研究。本文在分析液体过热亚稳态现象的基础上，利用一些用来预测液体极限过热度的经验公式，对液氦的极限过热度进行了计算，并且对不同计算方法进行了比较与分析，同时运用动力学理论、分子聚集理论、涨落理论等研究液体均匀核化的方法，对过热液氦的均匀核化速率进行了计算，对不同方法的适用性也进行了比较与分析，最后对过热液氦的比容(密度)进行了计算。⑵绝热管内液氦气蚀流动过程特性的理论研究。理论研究的一部分是关于液氦在绝热管内稳态流动的分析。本文首先将液氦在绝热管内的流动简化为单相液体区过冷段和气液两相区平衡段两个稳定的过程，然后应用流体力学及基本规律，对液氦流经绝热管时的气蚀流动过程建立数理模型并提出求解方法。理论研究的另一部分是关于液氦在绝热管内亚稳态流动的分析。本文首先根据管内的综合成核理论分析了液氦在管内成核的特点，然后单独讨论了单相液体区亚稳段液氦的流动、气液两相区亚稳段液氦的流动，根据现有亚稳段流动的模型，对液氦在这一阶段的流动进行了相关的数值模拟。