超流動ヘリウム冷却超伝導磁石の高性能化に関する研究

超流氦冷超导磁体性能提升研究

基本信息

批准号：
08650242
负责人：
岡村哲至
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
1996
资助国家：
日本
起止时间：
1996 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08650242/
关键词：
超流動ヘリウム熱輸送超伝導磁石冷却流路二流体方程式

项目摘要

超流動ヘリウム(HeII)流路内で発熱があると、HeII特有のいわゆる内部対流とよばれる熱輸送機構が生じる。現在ではこの内部対流熱輸送機構について、一次元的な特性が明らかにされているのみで、普遍的な流路形状や発熱形態、あるいは流路内で相転移を伴う場合についての特性についてはほとんど明らかにされていない。そこで本研究では、HeII冷却流路内で相転移が生じるような場合も含めて、実験から二次元的な流路内の熱輸送特性を明らかにした。本実験ではさまざまなHeII冷却流路の形状や姿勢、発熱形態において、流路内の温度分布を計測した。まず極低温で熱伝導率が小さく工作性に優れるFRP(繊維強化プラスティック)によって、模擬冷却流路を制作した。流路断面は矩形とし、断面の縦横長の比が異なるものをいくつか用意した。流路内の一側面には、フィルム状のヒーターを張り付けて発熱部とした。今まであまり着目されなかったHeII流路内熱輸送の二次元性や、相転移後の熱輸送の機構を明らかにできるように、温度計測素子の取り付け位置や熱入力方法について配慮した。流路内がHeIIで満たされているときは、流路の縦横比が20程度より小さくなると温度分布に2次元性が表れることがわかった。熱入力量が大きく流路内で相転移が生じると、過冷却状態のHeIの自然対流により2次元的な熱輸送となりヒーター表面と流路上部が高温となることがわかった。またこのときのHeIの温度境界層の厚さは、数ミリ程度であることも明らかになった。

当超流氦 (HeII) 通道中产生热量时，会发生 HeII 特有的一种称为内部对流的热传输机制。目前，仅阐明了这种内部对流热传输机制的一维特征，而关于通用流路形状、生热形式或涉及流路内相变的情况的特征的信息很少。。因此，在本研究中，我们通过实验阐明了二维HeII冷却通道中的热传输特性，包括HeII冷却通道内发生相变的情况。在本实验中，我们测量了不同形状、姿势和发热模式下HeII冷却通道内部的温度分布。首先，我们使用 FRP（纤维增强塑料）创建了模拟冷却通道，FRP 具有低导热性，并且在极低温度下具有出色的可加工性。通道的横截面为矩形，并制备了多个不同长宽比的横截面。将膜状加热器附接到流路的一侧以用作发热部。为了阐明迄今为止尚未引起太多关注的HeII通道内热传输的二维性以及相变后的热传输机制，我们考虑了温度测量元件的安装位置和热量输入法。研究发现，当通道充满HeII时，当通道纵横比变得小于约20时，温度分布变为二维。研究发现，当热输入量较大且通道内发生相变时，过冷氦气的自然对流会引起二维热传输，导致加热器表面和通道上部温度较高。还发现此时HeI的热边界层厚度约为数毫米。