Аннотация. Предложена методика определения условий обеспечения максимальной эффективности и экономичности проточного теплообменника на парах гелия, предназначенного для поддержания заданной температуры объектива криогенного оптико-электронного прибора. Представлена математическая модель процесса охлаждения объекта криостатирования с использованием смонтированного на поверхности объекта трубопровода, по которому протекают пары гелия (массовый расход паров постоянный). Контакт трубопровода с поверхностью объекта предполагается идеальным. Показано, что максимально эффективное охлаждение при минимальном расходе криоагента обеспечивает полная рекуперация тепла между парами гелия и трубопровода. Чтобы определить длину трубопровода, достаточную для обеспечения полной рекуперации в теплообменнике, необходимо вначале вычислить показатель тепловой эффективности на единицу длины трубопровода. Этот удельный показатель тепловой эффективности (УПТЭ) проточного теплообменника является объективным критерием полной рекуперации. Получены формулы для расчета показателя тепловой эффективности при ламинарном, переходном и турбулентном режимах течения паров гелия. Формулы представляют собой зависимости УПТЭ от массового расхода и диаметра трубопровода с учетом температурного уровня криостатирования. Показаны эффективность и удобство использования полученных аналитических зависимостей для практических расчетов, а также для выбора параметров проточных криостатов.

Ключевые слова: проточный криостат, криогенный оптико-электронный прибор, охлаждение парами гелия, температура криостатирования, рекуперация

Список литературы:

1. Мирошников М. М. Теоретические основы оптико-электронных приборов: Учеб. пос. для вузов. Л.: Машиностроение, 1977. 600 с.
2. Ханков С. И. Теоретические основы теплового проектирования теплонагруженных узлов оптико-электронных систем. СПб: Малая оперативная полиграфия НТЦ им. Л.Т. Тучкова, 2002. 182 с.
3. Олейников Л. Ш. Криооптические системы. СПб: ИПК „КОСТА“, 2013. 352 с.
4. Ханков С. И. Возможности использования криогенных оптико-электронных систем для обнаружения астероидов // Вестник международной академии холода. 2014. № 1. С. 46—50.
5. Ханков С. И. Системы обеспечения тепловых режимов оптико-электронных приборов. Методы расчетов и испытаний // Вопросы радиоэлектроники. Сер. Техника телевидения. 2015. № 3. С. 136—147.
6. Баева Ю. В., Ханков С. И. Принципы выбора материалов для криооптических систем по совокупности теплофизических свойств // Вопросы радиоэлектроники. Сер. Техника телевидения. 2014. Вып. 2. С. 111—125.
7. Горянкин Г. С., Денисов Р. Н., Ермаков Б. С., Маркин В. А., Олейников Л. Ш., Останин В. И. Криооптические системы // Оптический журнал. 1994. № 1. С. 71—75.
8. Винокуров Д. К., Кукина Г. В., Мишин Г. С., Пронин Ю. С. Исследование теплового режима инфракрасного радиометра и выбор параметров системы обеспечения теплового режима // Космонавтика и ракетостроение. 2006. Т. 44, № 3. С. 137—143.
9. Бойцев А. В., Олейников Л. Ш., Сергеев А. О., Сигалов А. В., Ханков С. И. Оптимизация теплового режима криостата // Изв. вузов. Приборостроение. 1986. Т. 29, № 12. С. 78—81.
10. Романенко В. А., Тихонов С. В., Ягупова Н. К., Ханков С. И. Классификация тепловых моделей проточных систем криостатирования объектов на разных температурных уровнях // Инж.-физ. журн. 1989. Т. 56, № 4. С. 617—625.
11. Гальчук А. Б., Лавренчук С. В., Романенко В. А., Ханков С. И. Исследование проточного криостата с последовательным охлаждением объектов // Инж.-физ. журн. 1989. Т. 56, № 5. С. 760—767.
12. Окунев А. В., Олейников Л. Ш., Романенко В. А., Тихонов С. В., Ханков С. И. Расчет тепловой проводимости коаксиальной трубчатой опоры криостата // Изв. вузов. Приборостроение. 1989. Т. 32, № 7. С. 76—82.
13. Клубков А. Г., Романенко В. А., Ханков С. И. Методика оценки интенсивности теплообмена паров гелия в теплообменниках проточных систем криостатирования // Инж.-физ. журн. 1990. Т. 59, № 6. С. 1027—1028.
14. Романенко В. А., Ханков С. И. Оценка эффективности конвективного теплообмена некоторых газов в теплообменниках проточных систем криостатирования // Инж.-физ. журн. 1994. Т. 67, № 1—2. С. 180—181.
15. Дзитоев А. М., Ханков С. И. Методика оптимизации параметров криостатируемого экрана в криогенно-вакуумном стенде // Вестн. международной академии холода. 2014. № 1. С. 11—15.
16. Формозов Б. Н. Введение в криогенную микроэлектронику. СПб: Наука, 2001. 327 с. 1
17. олотовская С. В., Молчанов А. С. Гелиевые криостаты для научных исследований. Основы конструирования. М.: МИФИ, 1991. 120 с.
18. Методы получения и измерения низких и сверхнизких температур: Справочник / Под ред. Б. И. Веркина. Киев: Наук. думка, 1987. 232 с.
19. Криогенная техника / Под ред. Б. И. Веркина. Киев: Наук. думка, 1985. 184 с.
20. Zeyen C. M. E., Chagnon R., Disdier F., Morin H. A helium-flow cryostat (3 to 300 K) for neutron four-circle spectrometry // Rev. Phys. Appl. (Paris). 1984. N 19. P. 789—791.
21. Babenko V. A. Flow and heat transfer in outlet pipes of cryostatting systems // J. of Engineering Physics and Thermophysics. 1992. Vol. 63, is. 6. December. P. 1176—1182.
22. Eroshenko V. M., Lubanovskii V. I., Yaskin L. A. Calculating drag and heat transfer in viscous, quasistable pipe flow of supercritical helium // J. of Engineering Physics and Thermophysics. 1983. Vol. 44, is. 3. March. P. 250—255.
23. Дульнев Г. Н., Семяшкин Э. Н. Теплообмен в радиоэлектронных аппаратах. Л.: Энергия, 1968. 360 с.
24. Малков М. П., Данилов И. Б., Зельдович А. Г., Фрадков А. Б. Справочник по физико-техническим основам криогеники. М.: Энергоатомиздат, 1985. 432 с.
25. Акулов Л. А., Борзенко Е. И., Новотельнов В. Н., Зайцев А. В. Теплофозические свойства криопродуктов: учеб. пособие для вузов. СПб: Политехника, 2001. 243 с.