1 3Tepeln і izolace a hladinom їry kryokapalin

Transkript

1 1 3Tepeln і izolace a hladinom їry kryokapalin 6і1 R 0 1zn і typy hladinom їr 0 1 pro kryokapaliny 6і1 Dopl ov n kryokapalin 6і1 Dewarova n doba 6і1 P 0 0enos tepla veden m, z 0 0en m,... 6і1 Tepeln і izolace - vakuov, superizolace, p їnov,... Fyzika n zk 0 5ch teplot 1 / 39

2 1 3Plovakov і hladinom їry 1 1 J.Je nek, Z. M lek: Kryogenn technika, SNTL, Praha, 1982 Fyzika n zk 0 5ch teplot 2 / 39

3 1 3Optick і hladinom їry hod se pro LN 2, ne pro LHe 2 2 J.Je nek, Z. M lek: Kryogenn technika, SNTL, Praha, 1982 Fyzika n zk 0 5ch teplot 3 / 39

4 1 3Termoakustick 0 5 hladinom їr pro LHe 3 3 J.Je nek, Z. M lek: Kryogenn technika, SNTL, Praha, 1982 Fyzika n zk 0 5ch teplot 4 / 39

5 1 3Hladinom їry zalo 0 6en і na m ї 0 0en tlaku 4 4 J.Je nek, Z. M lek: Kryogenn technika, SNTL, Praha, 1982 Fyzika n zk 0 5ch teplot 5 / 39

6 J.Je nek, Z. M lek: Kryogenn technika, SNTL, Praha, 1982 Fyzika n zk 0 5ch teplot 6 / 39

7 1 3Kondenza 0 0n hladinom їry 6 6 J.Je nek, Z. M lek: Kryogenn technika, SNTL, Praha, 1982 Fyzika n zk 0 5ch teplot 7 / 39

8 1 3Elektrick і odporov і hladinom їry 7 7 J.Je nek, Z. M lek: Kryogenn technika, SNTL, Praha, 1982 Fyzika n zk 0 5ch teplot 8 / 39

9 1 3Supravodiv 0 5 hladinom їr 8 8 J.Je nek, Z. M lek: Kryogenn technika, SNTL, Praha, 1982 Fyzika n zk 0 5ch teplot 9 / 39

10 1 3Kapacitn hladinom їr v lcov 0 5 kondenz tor Kapalina bod varu [K] іе r L 4 He LH LNe LN LO Fyzika n zk 0 5ch teplot 10 / 39

11 1 3Dal 0 8 typy hladinom їr 0 1 6і1 ultrazvuk 6і1 optick 0 5 absorp 0 0n 6і1 radar 6і1 v 0 6en Fyzika n zk 0 5ch teplot 11 / 39

12 1 3Automatick і dopl ov n kryokapalin 9 9 J.Je nek, Z. M lek: Kryogenn technika, SNTL, Praha, 1982 Fyzika n zk 0 5ch teplot 12 / 39

13 J.Je nek, Z. M lek: Kryogenn technika, SNTL, Praha, 1982 Fyzika n zk 0 5ch teplot 13 / 39

14 J.Je nek, Z. M lek: Kryogenn technika, SNTL, Praha, 1982 Fyzika n zk 0 5ch teplot 14 / 39

15 1 3Tepeln і izolace 6і1 p 0 0enos tepla z 0 0en m 6і1 p 0 0enos tepla konvekc (proud їn plynu) 6і1 p 0 0enos tepla zbytkov 0 5m plynem 6і1 veden tepla pevn 0 5mi l tkami Pro mili- a mikro-kelvinovou oblast - mechanick і a akustick і kmity, v 0 0iv і proudy, elektromagnetick і z 0 0en,... P 0 0 klad: 0 8pend k z v ky 3 mm na 100 g Cu blok o teplot ї 10 6с16 K zp 0 1sob vzr 0 1st teploty na 10 6с12 K Fyzika n zk 0 5ch teplot 15 / 39

16 1 3Odpar kryokapalin Kapalina bod varu [K] odpar [cm 3 h 6с11 ] p 0 0 konem 1 mw L 3 He L 4 He LH а10 6с12 LNe а10 6с12 LN а10 6с12 LO а10 6с12 Fyzika n zk 0 5ch teplot 16 / 39

17 1 3Dewarova n doba na LN J.Je nek, Z. M lek: Kryogenn technika, SNTL, Praha, 1982 Fyzika n zk 0 5ch teplot 17 / 39

18 1 3P 0 0enos tepla z 0 0en m 0 0ern і t їleso - 0 8ed і t їleso - z 0 0en v 0 8irok і frekven 0 0n oblasti Wien 0 1v z kon: Stefan-Boltzman 0 1v z kon: ік m = 2898 T [ 0 8m, K] dv ї plochy s r 0 1znou teplotou: q = ірt 4 [W /m 2 ] Q 21 = ірe 21 A 21 (T 4 2 6с1 T 4 1 ) [W ] A 21 ж A 1 ; E 21 = e 1 e 2 e 2 + (1 6с1 e 2 )e 1 e 1, e 2 - emisivity povrch 0 1 s teplotou T 1 a T 2 Fyzika n zk 0 5ch teplot 18 / 39

19 1 3Z 0 0en 0 0ern іho t їlesa T[K] T 4 [K 4 ] q[wm 6с12 ] ік m [ 0 8m] а а а а 10 6с а а 10 6с а 10 6с а 10 6с а 10 6с Fyzika n zk 0 5ch teplot 19 / 39

20 1 3Sou 0 0initel pom їrn і pohltivosti L tka T [K] a Al elektrolyticky le 0 8t їn Al s vrstvou oxid m Ag Au Cu oxidovan Cu le 0 8t їn Sn Ni le 0 8t їn nerez sklo tlou 0 8t ka vrstvy alespo 1% z ік m Fyzika n zk 0 5ch teplot 20 / 39

21 1 3Bod a teplota a=1 materi l P C C korund P C C sklo P C C sklo p skovan і P C C Al le 0 8t їn 0 5 P C C Al le 0 8t їn 0 5, p skovan 0 5 Fyzika n zk 0 5ch teplot 21 / 39

22 1 3Sn 0 6en radia 0 0n ho tepeln іho toku pomocn 0 5mi mezist їnami n- tepeln ї izolovan 0 5ch mezist їn re ln ї 2-3 kr t v їt 0 8 tepeln 0 5 tok je to princip mnohovrstevn і izolace Q = ірe 21A 1 (T 4 2 6с1 T 4 1 ) n + 1 Fyzika n zk 0 5ch teplot 22 / 39

23 1 3P 0 0 klad: e 1 = e 2 6ы1 1, E 21 = e 2, T 2 6ы2 T 1 Q = ірa 1 T 4 2 T 2 = 300K, T 1 = 4.2K, e = 0.04, A 1 = 1m 2 6м0 Q = 9 W to je odpar asi 12 lh 6с11 LHe to je odpar asi 52 cm 3 h 6с11 e 2 T 2 = 77K 6м0 Q = 39 mw Fyzika n zk 0 5ch teplot 23 / 39

24 1 3Veden tepla konvekc - proud їn m plynu 0о9 je hustota, C je konstanta zabr nit konvekci m eme: Q = C 0о9 1/2 (T 2 6с1 T 1 ) 5/4 6і1 rozd їlen prostoru na mal і kom 0 1rky 6і1 sn 0 6en m tlaku pod 10 Pa Fyzika n zk 0 5ch teplot 24 / 39

25 1 3pro vzduch p 0 0i atm. tlaku: Veden tepla zbytkov 0 5m plynem Q = ікa 1 d (T 2 6с1 T 1 ) pro molekul rn proud їn a souos і v lcov і plochy: Q = ( ) R 1/2 іц + 1 8іп іц 6с1 1 a c kde іц = cp c v, a c je koeficient akomodace T 2 6с1 T 1 (MT ) 1/2 pa 1 a c = a 1 a 2 a 2 + a 1 (1 6с1 a 2 ) A 2 A 1 a 1 = T 2 6с1 T 1, a 2 = T 2 6с1 T 1 T 2 6с1 T 1 T 2 6с1 T 1 Fyzika n zk 0 5ch teplot 25 / 39

26 J.Je nek, Z. M lek: Kryogenn technika, SNTL, Praha, 1982 Fyzika n zk 0 5ch teplot 26 / 39

27 1 3Akomoda 0 0n koeficient - orienta 0 0n hodnoty Teplota [K] He H 2 vzduch Fyzika n zk 0 5ch teplot 27 / 39

28 1 3Veden tepla pevn 0 5mi l tkami Q = ікa(t 2 6с1 T 1 ) d n-vrstev r 0 1zn 0 5ch materi l 0 1 [W ] Q = A(T 2 6с1 T 1 ) n ф R i i=1, R i = d i ік i Fyzika n zk 0 5ch teplot 28 / 39

29 1 3Vakuov izolace - Dewarova n doba 6і1 tlak asi 10 6с13 Pa 6і1 materi l tvrd і sklo, nerez,... 6і1 Ag - kv 0 1li radiaci 6і1 difuze He p 0 0es sklo 6і1 kombinace vakua a jin 0 5ch druh 0 1 izolace P 0 0 tlaku 10 6с13 Pa je st 0 0edn voln dr ha pro vzduch a teplotu 300 K asi 6.6 m. Fyzika n zk 0 5ch teplot 29 / 39

30 1 3Mnohovrstevn izolace - superizolace J.Je nek, Z. M lek: Kryogenn technika, SNTL, Praha, 1982 Fyzika n zk 0 5ch teplot 30 / 39

31 1 3Dewarova n doba na LHe J.Je nek, Z. M lek: Kryogenn technika, SNTL, Praha, 1982 Fyzika n zk 0 5ch teplot 31 / 39

32 1 3Pr 0 8kov izolace 6і1 jemn 0 5 pr 0 8ek z tepeln ї nevodiv іho materi lu 6і1 sn 0 6en tlaku 6і1 nesm se mechanick 0 5 stla 0 0it 6і1 perlit, silikagel,... Fyzika n zk 0 5ch teplot 32 / 39

33 J.Je nek, Z. M lek: Kryogenn technika, SNTL, Praha, 1982 Fyzika n zk 0 5ch teplot 33 / 39

34 1 3P їnov izolace 6і1 mal і uzav 0 0en і, nebo otev 0 0en і kom 0 1rky 6і1 polystyren, polyuretan, epoxid, sklo,... 6і1 mal hustota 6і1 vakuum 6і1 polystyren 4l LN 2, s la st їny 3 cm, odpa 0 0en asi za 14 h 6і1 raketov technika - STS 107, start , Columbia, 60x38x7.5 cm, rychlost m/s Fyzika n zk 0 5ch teplot 34 / 39

35 1 3Aerogel 6і1 Si, C, Al 2 O 3,... 6і1 p ry 30 nm 6і1 ni tepeln vodivost ne 0 6 vzduch 6і1 hustota asi 1900 g/m 3 6і1 nejmen 0 8 hustota 2013 aerographene 160 g/m 3, vzduch 1200 g/m 3 6і1 vyu 0 6it : tepeln izolace - raketov technika, vesm rn і sondy, oble 0 0en, budovy,...; absorp 0 0n materi l; l і 0 0iva- je biokompatibiln ;... Fyzika n zk 0 5ch teplot 35 / 39

36 en.wikipedia.org Fyzika n zk 0 5ch teplot 36 / 39

37 en.wikipedia.org Fyzika n zk 0 5ch teplot 37 / 39

38 1 3L tka [Wm 6с11 K 6с11 ] graphene 4840 c-bn 740 Ag 429 Cu 401 Au 318 Ni 90.9 korund 30 nerez 18 a-bn 3 sklo polyethylen HDPE 0.5 plexisklo 0.2 korek pap r 0.05 polystyren aerogel vzduch Fyzika n zk 0 5ch teplot 38 / 39

39 1 3Typ objem [l] odpar [%/den] materi l IKL Al + nerez Bo nerez EC nerez T nerez He Typ objem [l] st n їn odpar He [%/den] materi l He50 50 LN2 3.5 nerez STG40 40 LN2 1 nerez STG S 1.5 nerez LHe 500 S 0.75 nerez Fyzika n zk 0 5ch teplot 39 / 39