玻璃廣口實驗液氦杜瓦瓶的漏熱和溫度分布（一）

點擊次數：1671 更新時間：2021-03-15

在使用實驗液氦杜瓦瓶時，對它的漏熱和瓶內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，大大地延長實驗時間；在一些實驗中，如裝置在4.2K液面以上的恒溫器，超導電引線的使用，77K屏或擋板的設置等，則要知道瓶內溫度的分布情況.對廣口實驗杜瓦， J.Boardman， P.Lyn an和R.G.Scurlock等1在研究瓶內溫度分布及氣流分布的基礎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算，但大多是處理瓶內壁上部有固定的液氮冷卻77K溫度點的金屬杜瓦。在瓶壁溫度分布方面， M.J.Crooks對玻璃杜瓦進行了測量，但主要工作也是對瓶內壁上部固定在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、本文報道了我們的一些實驗結果.
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，內徑95mm，長600mm的液氮杜瓦瓶(圖1).總的漏熱由20至30分鐘內液面高度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.實驗表明，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估計，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.實驗時，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，實驗時，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.重要的是要設法大致估計出每一項的大小，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點
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.在各次實驗中，處理杜瓦瓶夾層
的時間長短，次數多少，真空程度都不盡相同，但總的漏熱基本不變，證實了這種看法知道了銀層的輻射系數，77K側壁的熱輻射qo近似地可以算出.我們采取比較保守的估計，取銀層輻射系數8=0.03.這一項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率后可以算出.由于沒有熱導率的準確數據，我們采用另外的方法1.習：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.在我們的實驗中，選用4h~50mW，得到的結果一般要比按溫度梯度和熱導系數估計的大一些.