Динамические характеристики адсорбентов гелия. Влияние условий теплоотвода
Изучены статические и динамические характеристики адсорбента СКН-1К при 4,2 К в условиях, соответствующих работе адсорбционных насосов в рефрижераторах растворения. Показано, что приклеивание адсорбента к охлажденной поверхности приводит к существенному понижению давления в насосе в динамическом...
Gespeichert in:
| Datum: | 2008 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
2008
|
| Schriftenreihe: | Физика низких температур |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/116981 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Динамические характеристики адсорбентов гелия. Влияние условий теплоотвода / Р.И. Щербаченко, В.Н. Григорьев // Физика низких температур. — 2008. — Т. 34, № 6. — С. 605–608. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-116981 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1169812025-02-09T17:57:22Z Динамические характеристики адсорбентов гелия. Влияние условий теплоотвода Dynamic characteristics of helium adsorbents. The influence of heat removal Щербаченко, Р.И. Григорьев, В.Н. Техника свеpхнизких темпеpатуp Изучены статические и динамические характеристики адсорбента СКН-1К при 4,2 К в условиях, соответствующих работе адсорбционных насосов в рефрижераторах растворения. Показано, что приклеивание адсорбента к охлажденной поверхности приводит к существенному понижению давления в насосе в динамическом режиме. На основе экспериментальных данных для приклеенного и свободного адсорбента произведена оценка гидродинамического вклада в давление, обусловленное сопротивлением пор адсорбента. Оценка находится в пределах погрешности измерений. Вивчено статичні та динамічні характеристики адсорбенту СКН-1К при 4,2 К в умовах, що відповідають роботі адсорбційних насосів у рефрижераторах розчинення. Показано, що приклеювання адсорбенту до охолодженої поверхні призводить до істотного зниження тиску у насосі в динам ічному режимі. На основі експериментальних даних щодо приклеєного і вільного адсорбентів зроблено оцінку гідродинамічного внеску до тиску, що обумовлено опором пор адсорбенту. Оцінка знаходиться в межах похибки вимірювань. The static and dynamic characteristics of adsorbent SKN-1K are studied at 4.2 K in conditions corresponding to the adsorption pumping in dilution refrigerators. It is shown that gluing the adsorbent to the cooled surface decreases essentially the pressure in the dynamic regime of the pump. Using the experimental data of glued and free adsorbent, the estimation is made for hydrodynamic contribution in the pressure due to resistance of adsorbent pores, demonstrating that contribution to be within accuracy of measurement. Работа выполнена при поддержке грантов CRDF (проект 2853), УНТЦ (проект 3718) и МОН Украины М 226. 2008 Article Динамические характеристики адсорбентов гелия. Влияние условий теплоотвода / Р.И. Щербаченко, В.Н. Григорьев // Физика низких температур. — 2008. — Т. 34, № 6. — С. 605–608. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 0132-6414 PACS: 68.43.–h;07.30.Cy https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/116981 ru Физика низких температур application/pdf Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Техника свеpхнизких темпеpатуp Техника свеpхнизких темпеpатуp |
| spellingShingle |
Техника свеpхнизких темпеpатуp Техника свеpхнизких темпеpатуp Щербаченко, Р.И. Григорьев, В.Н. Динамические характеристики адсорбентов гелия. Влияние условий теплоотвода Физика низких температур |
| description |
Изучены статические и динамические характеристики адсорбента СКН-1К при 4,2 К в условиях,
соответствующих работе адсорбционных насосов в рефрижераторах растворения. Показано, что приклеивание
адсорбента к охлажденной поверхности приводит к существенному понижению давления в
насосе в динамическом режиме. На основе экспериментальных данных для приклеенного и свободного
адсорбента произведена оценка гидродинамического вклада в давление, обусловленное сопротивлением
пор адсорбента. Оценка находится в пределах погрешности измерений. |
| format |
Article |
| author |
Щербаченко, Р.И. Григорьев, В.Н. |
| author_facet |
Щербаченко, Р.И. Григорьев, В.Н. |
| author_sort |
Щербаченко, Р.И. |
| title |
Динамические характеристики адсорбентов гелия. Влияние условий теплоотвода |
| title_short |
Динамические характеристики адсорбентов гелия. Влияние условий теплоотвода |
| title_full |
Динамические характеристики адсорбентов гелия. Влияние условий теплоотвода |
| title_fullStr |
Динамические характеристики адсорбентов гелия. Влияние условий теплоотвода |
| title_full_unstemmed |
Динамические характеристики адсорбентов гелия. Влияние условий теплоотвода |
| title_sort |
динамические характеристики адсорбентов гелия. влияние условий теплоотвода |
| publisher |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| publishDate |
2008 |
| topic_facet |
Техника свеpхнизких темпеpатуp |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/116981 |
| citation_txt |
Динамические характеристики адсорбентов гелия.
Влияние условий теплоотвода
/ Р.И. Щербаченко, В.Н. Григорьев // Физика низких температур. — 2008. — Т. 34, № 6. — С. 605–608. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| series |
Физика низких температур |
| work_keys_str_mv |
AT ŝerbačenkori dinamičeskieharakteristikiadsorbentovgeliâvliânieuslovijteplootvoda AT grigorʹevvn dinamičeskieharakteristikiadsorbentovgeliâvliânieuslovijteplootvoda AT ŝerbačenkori dynamiccharacteristicsofheliumadsorbentstheinfluenceofheatremoval AT grigorʹevvn dynamiccharacteristicsofheliumadsorbentstheinfluenceofheatremoval |
| first_indexed |
2025-11-29T03:28:38Z |
| last_indexed |
2025-11-29T03:28:38Z |
| _version_ |
1850093787724906496 |
| fulltext |
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2008, ò. 34, ¹ 6, ñ. 605–608
Äèíàìè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè àäñîðáåíòîâ ãåëèÿ.
Âëèÿíèå óñëîâèé òåïëîîòâîäà
Ð.È. Ùåðáà÷åíêî, Â.Í. Ãðèãîðüåâ
Ôèçèêî-òåõíè÷åñêèé èíñòèòóò íèçêèõ òåìïåðàòóð èì. Á.È. Âåðêèíà ÍÀÍ Óêðàèíû
ïð. Ëåíèíà, 47, ã. Õàðüêîâ, 61103, Óêðàèíà
E-mail: grigor’ev@ilt.kharkov.ua
Ñòàòüÿ ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 21 íîÿáðÿ 2007 ã.
Èçó÷åíû ñòàòè÷åñêèå è äèíàìè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè àäñîðáåíòà ÑÊÍ-1Ê ïðè 4,2 Ê â óñëîâèÿõ,
ñîîòâåòñòâóþùèõ ðàáîòå àäñîðáöèîííûõ íàñîñîâ â ðåôðèæåðàòîðàõ ðàñòâîðåíèÿ. Ïîêàçàíî, ÷òî ïðè-
êëåèâàíèå àäñîðáåíòà ê îõëàæäåííîé ïîâåðõíîñòè ïðèâîäèò ê ñóùåñòâåííîìó ïîíèæåíèþ äàâëåíèÿ â
íàñîñå â äèíàìè÷åñêîì ðåæèìå. Íà îñíîâå ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ äëÿ ïðèêëååííîãî è ñâîáîäíî-
ãî àäñîðáåíòà ïðîèçâåäåíà îöåíêà ãèäðîäèíàìè÷åñêîãî âêëàäà â äàâëåíèå, îáóñëîâëåííîå ñîïðîòèâ-
ëåíèåì ïîð àäñîðáåíòà. Îöåíêà íàõîäèòñÿ â ïðåäåëàõ ïîãðåøíîñòè èçìåðåíèé.
Âèâ÷åíî ñòàòè÷í³ òà äèíàì³÷í³ õàðàêòåðèñòèêè àäñîðáåíòó ÑÊÍ-1Ê ïðè 4,2 Ê â óìîâàõ, ùî
â³äïîâ³äàþòü ðîáîò³ àäñîðáö³éíèõ íàñîñ³â ó ðåôðèæåðàòîðàõ ðîç÷èíåííÿ. Ïîêàçàíî, ùî ïðèêëåþâàí-
íÿ àäñîðáåíòó äî îõîëîäæåíî¿ ïîâåðõí³ ïðèçâîäèòü äî ³ñòîòíîãî çíèæåííÿ òèñêó ó íàñîñ³ â äè-
íàì³÷íîìó ðåæèì³. Íà îñíîâ³ åêñïåðèìåíòàëüíèõ äàíèõ ùîäî ïðèêëåºíîãî ³ â³ëüíîãî àäñîðáåíò³â
çðîáëåíî îö³íêó ã³äðîäèíàì³÷íîãî âíåñêó äî òèñêó, ùî îáóìîâëåíî îïîðîì ïîð àäñîðáåíòó. Îö³íêà
çíàõîäèòüñÿ â ìåæàõ ïîõèáêè âèì³ðþâàíü.
PACS: 68.43.–h Õåìîñîðáöèÿ/ôèçñîðáöèÿ: àäñîðáàòû íà ïîâåðõíîñòè;
07.30.Cy Âàêóóìíûå íàñîñû.
Êëþ÷åâûå ñëîâà: àäñîðáåíò He, ãèäðîäèíàìè÷åñêèé âêëàä â äàâëåíèå, àäñîðáöèîííûé íàñîñ.
Ïðè àíàëèçå ðåçóëüòàòîâ íàøèõ ïðåäûäóùèõ èñ-
ñëåäîâàíèé àäñîðáåíòîâ, ïðèãîäíûõ äëÿ èñïîëüçîâà-
íèÿ â ðåôðèæåðàòîðàõ ðàñòâîðåíèÿ [1,2], áûëî óñòà-
íîâëåíî, ÷òî ýôôåêòèâíîñòü ðàáîòû àäñîðáöèîííûõ
íàñîñîâ â çíà÷èòåëüíîé ìåðå îïðåäåëÿåòñÿ èíòåíñèâ-
íîñòüþ èõ îõëàæäåíèÿ, è âûñêàçàíî ïðåäïîëîæåíèå,
÷òî â îáû÷íûõ óñëîâèÿõ îñíîâíîé âêëàä äàåò òåïëî-
îòâîä ïî ãàçó. Â ïîëüçó òàêîãî ïðåäïîëîæåíèÿ ñâèäå-
òåëüñòâóåò, â ÷àñòíîñòè, óñòàíîâëåíèå äëÿ âñåõ èçó-
÷åííûõ àäñîðáåíòîâ åäèíîé çàâèñèìîñòè äàâëåíèÿ
ãåëèÿ íàä àäñîðáåíòîì îò ñêîðîñòè íàïóñêà ãàçà, íîð-
ìèðîâàííîé íà ìàññó àäñîðáåíòà. ßñíî, ÷òî ïðè ýòîì
âàæíîå çíà÷åíèå ïðèîáðåòàåò ðàçðàáîòêà è èçó÷åíèå
ñïîñîáîâ ïðèíóäèòåëüíîãî îõëàæäåíèÿ àäñîðáåíòîâ.
 ëèòåðàòóðå ïðàêòè÷åñêè íåò ñîîáùåíèé íà ýòó òåìó.
Íàì èçâåñòíà òîëüêî îäíà ïóáëèêàöèÿ, â êîòîðîé áûëà
ïðåäïðèíÿòà ïîïûòêà îöåíèòü âëèÿíèå íà ðàáîòó íà-
ñîñà ðàçëè÷íûõ ñïîñîáîâ ðàçìåùåíèÿ àäñîðáåíòà [3].
 íàñòîÿùåì ñîîáùåíèè ïðèâåäåíû ðåçóëüòàòû ñèñòå-
ìàòè÷åñêèõ èññëåäîâàíèé â äèíàìè÷åñêèõ óñëîâèÿõ
ñâîáîäíî ðàñïîëîæåííûõ è ïðèêëååííûõ àäñîðáåí-
òîâ.
Îñíîâíûå ýêñïåðèìåíòû ïðîâåäåíû ñ àäñîðáåíòîì
ÑÊÍ-1Ê ïðè òåìïåðàòóðå 4,2 Ê ñ èñïîëüçîâàíèåì óñ-
òàíîâêè, îïèñàííîé â [2]. Àäñîðáåíò áûë ðàñïîëîæåí
íà ìåäíûõ òàðåëî÷êàõ, èìåþùèõ íàäåæíûé òåïëîâîé
êîíòàêò ñî ñòåíêàìè ãåðìåòè÷íîãî êîíòåéíåðà, îõëàæ-
äàåìîãî æèäêèì ãåëèåì. Àäñîðáåíò ëèáî ïðèêëåè-
âàëè ê òàðåëî÷êå ñ ïîìîùüþ êëåÿ ÏÂÀ, ðàçáàâëåííîãî
ñïèðòîì â îòíîøåíèè 1:2, ëèáî ðàçìåùàëè ñâîáîäíî
â îäèí ñëîé. Ïðîâîäèëè èçìåðåíèÿ çàâèñèìîñòè äàâ-
ëåíèÿ â ÿ÷åéêå îò êîëè÷åñòâà ïîãëîùåííîãî ãàçà â ñòà-
òè÷åñêîì ðåæèìå (èçîòåðìû àäñîðáöèè) è äèíàìè-
÷åñêîì — ïðè ðàçëè÷íûõ ñêîðîñòÿõ íàïóñêà ãàçà
â äèàïàçîíå 10–6–5·10–5 ìîëü/ñ·ã. Äàâëåíèå èçìåðÿëè
ñ ïîìîùüþ ìàíîìåòðà Ìàê-Ëåîäà è ïðîãðàäóèðîâàí-
íîãî äëÿ ãåëèÿ òåðìîïàðíîãî ìàíîìåòðà â äèàïàçîíå
10–3–10–1 ìì ðò. ñò., õàðàêòåðíîì äëÿ ðàáîòû àäñîðá-
öèîííûõ íàñîñîâ â ðåôðèæåðàòîðàõ ðàñòâîðåíèÿ.
© Ð.È. Ùåðáà÷åíêî, Â.Í. Ãðèãîðüåâ, 2008
Ñêîðîñòü íàïóñêà ãåëèÿ èçìåðÿëè ïî ñêîðîñòè èçìåíå-
íèÿ äàâëåíèÿ â êàëèáðîâàííîì îáúåìå.
Íà ðèñ. 1 ïðåäñòàâëåíû çàâèñèìîñòè äàâëåíèÿ ãàçà
â ÿ÷åéêå îò êîëè÷åñòâà ïîãëîùåííîãî ãåëèÿ (èçîòåðìû
àäñîðáöèè) äëÿ àäñîðáåíòà ÑÊÍ-1Ê è óãëÿ ÁÀÓ, êîòî-
ðûå ñâèäåòåëüñòâóþò î çàìåòíî áîëåå âûñîêîé àä-
ñîðáöèîííîé ñïîñîáíîñòè ÑÊÍ-1Ê. Îòìåòèì òàêæå,
÷òî äàííûå äëÿ ñâîáîäíîãî è ïðèêëååííîãî àäñîðáåí-
òà â ïðåäåëàõ ðàçáðîñà ñîâïàäàþò.
Íà ðèñ. 2 ïðåäñòàâëåíû ïåðâè÷íûå ýêñïåðèìåí-
òàëüíûå äàííûå — çàâèñèìîñòè äàâëåíèÿ îò êîëè÷å-
ñòâà ïîãëîùåííîãî ãåëèÿ V ïðè ðàçëè÷íûõ ñêîðîñòÿõ
íàïóñêà ãàçà �V äëÿ íåïðèêëååííîãî (à) è ïðèêëååííî-
ãî (á) àäñîðáåíòà. Ïðîâåäåííûå ðàíåå ýêñïåðèìåíòû
ïîêàçàëè, ÷òî ïîäîáíûå çàâèñèìîñòè èìåþò îäèíàêî-
âûé âèä: îáëàñòü ïëàòî ïðè ìàëûõ çàïîëíåíèÿõ àäñîð-
áåíòà � �V Va/ (Va — îáúåì ïîãëîùåííîãî ãåëèÿ, ñî-
îòâåòñòâóþùèé èçîòåðìå àäñîðáöèè) è ïîâûøåíèå
äàâëåíèÿ ïðè áîëüøèõ. Ïîýòîìó â áîëüøèíñòâå ñëó-
÷àåâ èçìåðÿëè äàííûå òîëüêî â îáëàñòè ïëàòî.
Ñðàâíåíèå ðèñ. 2,à è á ïîêàçûâàåò, ÷òî ïðè îäèíàêî-
âûõ ñêîðîñòÿõ íàïóñêà äàâëåíèå íàä íåïðèêëååííûì
àäñîðáåíòîì îêàçûâàåòñÿ çàìåòíî âûøå.
Õàðàêòåðíîé ÷åðòîé ïðåäñòàâëåííûõ çàâèñèìî-
ñòåé ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî ïðè âñåõ èñïîëüçîâàííûõ çíà÷å-
íèÿõ �V äàâëåíèå íàä àäñîðáåíòîì Ð ñóùåñòâåííî ïðå-
âûøàåò äàâëåíèå Ðà, ñîîòâåòñòâóþùåå èçîòåðìå
àäñîðáöèè. Òàêîå ïîâûøåíèå äàâëåíèÿ �P ìîæíî ñâÿ-
çàòü ñ äâóìÿ ýôôåêòàìè, âîçíèêàþùèìè ïðè êîíå÷-
íûõ ñêîðîñòÿõ íàïóñêà ãàçà: óâåëè÷åíèåì òåìïåðàòó-
ðû àäñîðáåíòà Ò çà ñ÷åò âûäåëåíèÿ òåïëîòû
àäñîðáöèè è ïîÿâëåíèåì ïåðåïàäà äàâëåíèÿ, îáóñëîâ-
ëåííîãî ãèäðîäèíàìè÷åñêèì ñîïðîòèâëåíèåì â óçêèõ
ïîðàõ àäñîðáåíòà. Ñ ó÷åòîì ýòîãî çàïèøåì
� � �P P P P Pa T h� � � � , (1)
ãäå � �P
P
T
TÒ
a�
�
�
— ïîâûøåíèå äàâëåíèÿ çà ñ÷åò ðîñ-
òà òåìïåðàòóðû àäñîðáåíòà, �P KVh � � — ïåðåïàä äàâ-
ëåíèÿ â ïîðàõ àäñîðáåíòà (K–1 — ýôôåêòèâíàÿ ïðîâî-
äèìîñòü ïîð).
Ðàâíîâåñíîå äàâëåíèå íàä àäñîðáåíòîì ìîæíî çà-
ïèñàòü â âèäå
P p
Q
T
a
a� �
�
�
�
�0 exp , (2)
ãäå Qa — òåïëîòà àäñîðáöèè.
Èç (2) ïðè Qa , íå çàâèñÿùåé îò òåìïåðàòóðû, ñëå-
äóåò
�
�
�
P
T
Q
T
Pa a
a2
. (3)
Ïîâûøåíèå òåìïåðàòóðû çà ñ÷åò òåïëîòû àäñîðáöèè
çàïèøåì êàê
606 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2008, ò. 34, ¹ 6
Ð.È. Ùåðáà÷åíêî, Â.Í. Ãðèãîðüåâ
10
–3
10
–2
10
–1
10
0
200
400
600
800
1000
V
,
ñì
/
ã
3
Ð ìì ðò. ñò, .
1
2
Ðèñ. 1. Èçîòåðìû àäñîðáöèè äëÿ ÑÊÍ-1Ê, íåïðèêëååííûé
(�) è ïðèêëååííûé (�) (1); äëÿ óãëÿ ÁÀÓ [4] (2).
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
4
8
12
16
20
P
ì
ì
ð
ò.
ñò
.
,
1
0
–
3
V/Va
à
2
4
6
8
Ð
ì
ì
ð
ò.
ñò
.
,
1
0
–
3
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
V/Va
á
Ðèñ. 2. Çàâèñèìîñòü äàâëåíèÿ â íàñîñå îò ñòåïåíè çàïîëíåíèÿ äëÿ ðàçëè÷íûõ ñêîðîñòåé íàïóñêà �V , ìêìîëü/ñ·ã: àäñîðáåíò
ÑÊÍ-1Ê: íåïðèêëååííûé: 7,12 (�), 12,2 (�), 44,8(�) (a); ïðèêëååííûé: 17,7 (�), 20,9 (�), 26,9 (�), 39,0 (�), 43,1
(�) (á).
�T
VQa�
�
, (4)
ãäå
— ýôôåêòèâíûé êîýôôèöèåíò òåïëîîòâîäà îò
àäñîðáåíòà.
Ïîäñòàâèâ (3) è (4) â (1) è, ó÷èòûâàÿ, ÷òî â îáëàñòè
ïëàòî Ð >> Ðà, ïîëó÷èì
P
V
K
Q
T
Pa a
�
� �
�
�
�
�
2
. (5)
Îáðàòèì âíèìàíèå íà òî, ÷òî è K, è Qa çàâèñÿò îò
ñòåïåíè çàïîëíåíèÿ àäñîðáåíòà, ïðè÷åì ìîæíî îæè-
äàòü, ÷òî K áóäåò ðàñòè ïî ìåðå óâåëè÷åíèÿ V, ïîñêîëü-
êó áóäóò çàïîëíÿòüñÿ âñå ìåíåå äîñòóïíûå ïîðû, à Qa
óìåíüøàòüñÿ. Ýòî îáñòîÿòåëüñòâî ñïîñîáñòâóåò ïî-
ñòîÿíñòâó äàâëåíèÿ ïî ìåðå âîçðàñòàíèÿ V, îäíàêî
ìåõàíèçì ïîëíîãî óðàâíèâàíèÿ ãèäðîäèíàìè÷åñêîãî
è òåïëîâîãî âêëàäîâ, îáåñïå÷èâàþùèé ïëàòî íà
çàâèñèìîñòÿõ Ð(V ), îñòàåòñÿ íå ÿñíûì. Âûøå óæå
îòìå÷àëîñü, ÷òî îõëàæäåíèå ñâîáîäíî ðàçìåùåííîãî
àäñîðáåíòà îáåñïå÷èâàåòñÿ òåïëîîòâîäîì ïî ãàçó.
Ïîñêîëüêó ðàçâèòàÿ ïîâåðõíîñòü àäñîðáåíòîâ îáåñ-
ïå÷èâàåò äîñòàòî÷íî âûñîêóþ òåïëîïåðåäà÷ó íà ïî-
âåðõíîñòè, òî «óçêèì ãîðëîì» ïðîöåññà òåïëîîòâîäà,
ïî-âèäèìîìó, ÿâëÿåòñÿ òåïëîïðîâîäíîñòü ãàçà
g è â
(5)
�
g . Ïðè äîñòàòî÷íî íèçêèõ äàâëåíèÿõ, êîãäà
äëèíà ñâîáîäíîãî ïðîáåãà àòîìîâ ïðåâûøàåò ñðåäíèé
ðàçìåð ïîð àäñîðáåíòà, êîýôôèöèåíò òåïëîïðîâîä-
íîñòè ãàçà ïðèáëèçèòåëüíî ïðîïîðöèîíàëåí äàâëå-
íèþ
�g aP, è ìîæíî çàïèñàòü
P
V
K
Q
T
P
P
a a
�
0
2
� �
�
�
�
�
�
, (6)
ãäå �V0 — ñêîðîñòü íàïóñêà äëÿ íåïðèêëååííîãî àäñîð-
áåíòà.
Äëÿ ïðèêëååííîãî àäñîðáåíòà íåîáõîäèìî äîïîë-
íèòåëüíî ó÷åñòü îõëàæäåíèå çà ñ÷åò òåïëîïðîâîäíî-
ñòè àäñîðáåíòà. Òîãäà
�
�
g T (
T — ýôôåêòèâ-
íûé êîýôôèöèåíò òåïëîïðîâîäíîñòè àäñîðáåíòà), è
äëÿ ïðèêëååííîãî àäñîðáåíòà (5) ìîæíî çàïèñàòü â âè-
äå
P
V
K
Q
T
P
P
a a
T
�
gl
� �
�
�
�
�
�
2
�
, (7)
ãäå �Vgl — ñêîðîñòü íàïóñêà äëÿ ïðèêëååííîãî àäñîð-
áåíòà.
Ãèäðîäèíàìè÷åñêîå ñîïðîòèâëåíèå ïîð àäñîðáåí-
òà, õàðàêòåðèçóåìîå êîýôôèöèåíòîì K, ìîæåò çàâè-
ñåòü êàê îò ñòåïåíè çàïîëíåíèÿ, òàê è îò äàâëåíèÿ (â
êíóäñåíîâñêîé îáëàñòè). Îäíàêî åãî ìîæíî ñ÷èòàòü
îäèíàêîâûì äëÿ ïðèêëååííîãî è íåïðèêëååííîãî àä-
ñîðáåíòà, è ýòî äàåò âîçìîæíîñòü ñ ïîìîùüþ (6) è (7)
ïîëó÷èòü
�Z P
V V
Q
T
P T
P
P T
a a a
� �
�
�
�
�
� �
�
�
�
� �
1 1
0
2
0
� �
( ) ( )
gl
gl
� �P T�
�
�
�
�
�
� , (8)
ãäå Ò0 è Ògl — òåìïåðàòóðû íåïðèêëååííîãî è ïðèêëå-
åííîãî àäñîðáåíòà, a �V0 è �Vgl ñîîòâåòñòâóþò îäèíàêî-
âûì äàâëåíèÿì äëÿ îáîèõ ñëó÷àåâ.
Çàìåòèì, ÷òî ôîðìóëà (8) ïîëó÷åíà ïðè óñëîâèè,
÷òî ïðè ìàëîì ïîâûøåíèè òåìïåðàòóðû â (2) ìîæíî
ïðåíåáðå÷ü èçìåíåíèåì ïðåäýêñïîíåíöèàëüíîãî ìíî-
æèòåëÿ ïî ñðàâíåíèþ ñ èçìåíåíèåì ýêñïîíåíòû.
Íà ðèñ. 3 ïðåäñòàâëåíû çàâèñèìîñòè Ð( �V ), ïîëó-
÷åííûå íà îñíîâàíèè ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ, îò-
íîñÿùèõñÿ ê îáëàñòè ïëàòî. Îòìåòèì, ÷òî â èçó÷åííîé
îáëàñòè ñêîðîñòåé íàïóñêà è äàâëåíèé ïðèêëåèâàíèå
àäñîðáåíòà îáåñïå÷èâàåò áîëåå ÷åì ïÿòèêðàòíîå ïî-
íèæåíèå äàâëåíèÿ ïðè òîé æå ñêîðîñòè íàïóñêà.
Âèäíî, ÷òî â ïðåäåëàõ ðàçáðîñà çàâèñèìîñòè Ð( �V )
ÿâëÿþòñÿ ëèíåéíûìè, è îáðàáîòêà ìåòîäîì íàèìåíü-
øèõ êâàäðàòîâ äàåò ñîîòíîøåíèÿ
P V(ìì ðò. ñò.)
ìîëü
ñ ã
� �
�
�
�
�
�( ) �775 72 äëÿ ñâîáîäíîãî àä-
ñîðáåíòà,
P V(ìì ðò. ñò.)
ìîëü
ñ ã
� �
�
�
�
�
�( ) �144 8 äëÿ ïðèêëååííîãî.
(9)
Íåñêîëüêî íåîæèäàííûì îêàçàëîñü òî îáñòîÿòåëü-
ñòâî, ÷òî äàæå äëÿ íåïðèêëååííîãî îáðàçöà çàâèñè-
ìîñòü P V( � ) îêàçàëàñü çàìåòíî íèæå, ðàññ÷èòàííîé ïî
óíèâåðñàëüíîé çàâèñèìîñòè, íàéäåííîé â [2]. Âîç-
ìîæíî, ÷òî ýòî ñâèäåòåëüñòâóåò î çàìåòíî áîëüøåì
âêëàäå ãèäðîäèíàìè÷åñêîãî ñîïðîòèâëåíèÿ â ðàíåå
èçó÷åííûõ îáðàçöàõ.
Ñ ó÷åòîì (9) ìîæíî ïîëó÷èòü
�Z � � �( , , )6 3 15 10 2 ìì ðò.ñò.
ìîëü
.
Äèíàìè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè àäñîðáåíòîâ ãåëèÿ. Âëèÿíèå óñëîâèé òåïëîîòâîäà
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2008, ò. 34, ¹ 6 607
0
1
2
3
4
2 4
V ìîëü / ñ ã, 10
–5
( · )
P
ì
ì
ð
ò.
ñò
.
,
1
0
–
2
1
2
Ðèñ. 3. Çàâèñèìîñòü äàâëåíèÿ íà ïëàòî îò ñêîðîñòè íàïóñ-
êà ãàçà: äëÿ íåïðèêëååííîãî (1) è ïðèêëååííîãî (2) àäñîð-
áåíòà.
Íàéäåííîå ïîñòîÿíñòâî �Z, ÿâëÿþùååñÿ ôàêòè÷åñêè
ñëåäñòâèåì ëèíåéíîñòè çàâèñèìîñòåé P V( � ), íàõîäèò-
ñÿ â êàæóùåìñÿ ïðîòèâîðå÷èè ñ (8). Îäíàêî åãî ìîæ-
íî óñòðàíèòü, åñëè ïðåäïîëîæèòü, ÷òî ïðèêëåèâàíèå
îêàçûâàåòñÿ äîñòàòî÷íî ýôôåêòèâíûì äëÿ òîãî, ÷òî-
áû â èñïîëüçîâàííîì äèàïàçîíå Ð è �V îáåñïå÷èòü
âûïîëíåíèå óñëîâèé
�� aP è Ð Ò Ðà à( )gl � (4,2 Ê), à
äëÿ íåïðèêëååííîãî àäñîðáåíòà âûïîëíÿåòñÿ óñëîâèå
Ðà(Ò0) � Ð.
Ñ ó÷åòîì îòìå÷åííûõ îáñòîÿòåëüñòâ ìîæíî ïî ïî-
ëó÷åííûì äàííûì îöåíèòü âåëè÷èíó K, çàïèñàâ (6) â
âèäå P V K Z/ �
0 � � � . Îòñþäà ïîëó÷àåì
K � � �
� �
( , , )1 4 2 2 10 2 ìì ðò. ñò. ñ ã
ìîëü
,
ò.å. â äàííîì ñëó÷àå ãèäðîäèíàìè÷åñêèé âêëàä â ïî-
âûøåíèå äàâëåíèÿ â äèíàìè÷åñêèõ óñëîâèÿõ íàõîäèò-
ñÿ â ïðåäåëàõ òî÷íîñòè èçìåðåíèé è ñîñòàâëÿåò íå áî-
ëåå òðåòè îò �Ð â ñëó÷àå ñâîáîäíîãî àäñîðáåíòà.  òî
æå âðåìÿ íå èñêëþ÷åíî, ÷òî äëÿ ïðèêëååííîãî àäñîð-
áåíòà ýòîò âêëàä ÿâëÿåòñÿ äîñòàòî÷íî ñóùåñòâåííûì.
Ìû ïðîâåëè òàêæå ýêñïåðèìåíòû ñ óãëåðîäíîé òêà-
íüþ «Äíåïð» (àêòèâèðîâàííûé óãëåðîäíûé âîëîêíè-
ñòûé ìàòåðèàë — ÀÓÂÌ). Îäíàêî â ýòîì ñëó÷àå ïðè-
êëåèâàíèå íå ïðèâåëî ê ñóùåñòâåííîìó óëó÷øåíèþ
äèíàìè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê. Ïðè÷èíà ýòîãî ïîêà íå
ÿñíà, íî òàêæå ìîæåò áûòü ñëåäñòâèåì áîëüøîãî ãèä-
ðîäèíàìè÷åñêîãî âêëàäà.
Òàêèì îáðàçîì, â íàñòîÿùåé ðàáîòå èçó÷åíû õàðàê-
òåðèñòèêè ÑÊÍ-1Ê â ðàâíîâåñíûõ è äèíàìè÷åñêèõ óñ-
ëîâèÿõ.
Óñòàíîâëåíî, ÷òî àäñîðáöèîííàÿ ñïîñîáíîñòü ýòî-
ãî àäñîðáåíòà ñóùåñòâåííî âûøå, ÷åì ó àêòèâèðîâàí-
íîãî óãëÿ è äðóãèõ èçó÷åííûõ ðàíåå àäñîðáåíòîâ.
Ïîäòâåðæäåíî ïðåäïîëîæåíèå, ÷òî äëÿ ñâîáîäíî
ðàñïîëîæåííîãî àäñîðáåíòà îñíîâíûì ñïîñîáîì îõ-
ëàæäåíèÿ ÿâëÿåòñÿ òåïëîîòâîä ïî ãàçó.
Ïîêàçàíî, ÷òî ïðèêëåèâàíèå àäñîðáåíòà ê îõëàæ-
äåííîé ïîäëîæêå îáåñïå÷èâàåò äîñòàòî÷íî ýôôåêòèâ-
íîå îõëàæäåíèå è áîëåå ÷åì â 5 ðàç ïîíèæàåò äàâëå-
íèå â äèíàìè÷åñêèõ óñëîâèÿõ. Îöåíêà ãèäðîäèíàìè-
÷åñêîãî âêëàäà â ïîâûøåíèå äàâëåíèÿ â äèíàìè÷åñ-
êèõ óñëîâèÿõ, îáóñëîâëåííîãî ñîïðîòèâëåíèåì ïîòî-
êó ïîð àäñîðáåíòà, íà îñíîâå ïîëó÷åííûõ ýêñïåðè-
ìåíòàëüíûõ äàííûõ ïîêàçàëà, ÷òî îí íàõîäèòñÿ â
ïðåäåëàõ ïîãðåøíîñòè èçìåðåíèé.
Ðàáîòà âûïîëíåíà ïðè ïîääåðæêå ãðàíòîâ CRDF
(ïðîåêò 2853), ÓÍÒÖ (ïðîåêò 3718) è ÌÎÍ Óêðàèíû
Ì 226.
1. V.N. Grigor’ev and R.I. Shcherbachenko, Cryogenics 32,
211 (1992).
2. Ð.È. Ùåðáà÷åíêî, Â.Í. Ãðèãîðüåâ ÔÍÒ 24, 1105 (1998).
3. N. Wiedeman and E. Smolik, Proceed 11-Intern.Cryog.
Eng. Conference, Brighton, UK (1968), p. 59.
4. Ì.Ô. Ôåäîðîâà, Ïðåïðèíò ÔÒÈ ÀÍ ÓÑÑÐ, Õàðüêîâ
(1962).
Dynamic characteristics of helium adsorbents.
The influence of heat removal
R.I. Shcherbachenko and V.N. Grigor’ev
The static and dynamic characteristics of adsor-
bent SKN-1K are studied at 4.2 K in conditions
corresponding to the adsorption pumping in dilu-
tion refrigerators. It is shown that gluing the adsor-
bent to the cooled surface decreases essentially the
pressure in the dynamic regime of the pump. Using
the experimental data of glued and free adsorbent,
the estimation is made for hydrodynamic contribu-
tion in the pressure due to resistance of adsorbent
pores, demonstrating that contribution to be within
accuracy of measurement.
PACS: 68.43.–h Chemisorption/physisorption:
adsorbates on surfaces;
07.30.Cy Vacuum pumps.
Keywords: adsorbent He, hydrodynamic contribu-
tion in the pressure, adsorption pumping.
608 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2008, ò. 34, ¹ 6
Ð.È. Ùåðáà÷åíêî, Â.Í. Ãðèãîðüåâ
|