DEE-54030 Kryogeniikka
Kryogeeninen eristys
1
DEE-54030 Kryogeniikka Risto Mikkonen
29.4.2015
Tyhjiöeristys
•
•
Eliminoi konvektiivisen lämmönsiirron
Pienentää lämmönjohtumista jäännöskaasun läpi
Kaksi sisäkkäistä astiaa
Q r
A1
1
Fe F1 2 (T24 T14 )
Stefan-Bolzmannin vakio
= 5.67 x 10-12 W/cm2K4
Fe = emissiviteettikerroin
F1-2 = näkyvyyskerroin
2
Sisäkkäiset sylinterit / pallot
Fe
1
1
A1
A2
1
2
ja
F1
2
1
DEE-54030 Kryogeniikka Risto Mikkonen
29.4.2015
1
Supereriste
a
3
1
hs
N/ x
3
2
T
2
1
T1
T2
2
T1
1
T2
DEE-54030 Kryogeniikka Risto Mikkonen
29.4.2015
Pulveri- ja vaahtoeristys
Pulverieristeet (perliitit, piipohjaiset geelit) voivat olla
tapauksesta riippuen tyhjöimettyjä.
Nestetypen lämpötilan alapuolella pelkän tyhjiöeristyksen
käyttö tulee useimmiten edullisemmaksi.
Keskimääräinen lämmönjohtumistien
poikkipinta-ala, Am
Fourier:

Q
Am
T2
a
T1
x
Am
ln
Am
4
A2
A1
A2
A1
A1 A2
DEE-54030 Kryogeniikka Risto Mikkonen
sisäkkäiset sylinterit
sisäkkäiset pallot, päistään ellipsin muotoiset
pinnat
29.4.2015
Päistään ellipsin muotoisen pinnan pinta-ala
1
A
D2 1
4
2
1
2
1
ln
1
missä D on ellipsipinnan isompi kaarevuus sekä
1
D1
D
2
Standardi 2:1 säilytysastia: A = 0.354
5
DEE-54030 Kryogeniikka Risto Mikkonen
D1 ellipsipinnan pienempi halkaisija
D2
29.4.2015
Harjoitus
Tarkastellaan oheista nestetypen säilytysastiaa (standardi 2:1)
astia, mikä on eristetty tyhjöimetyllä perliittipulverilla, jonka
keskimääräinen lämmönjohtavuus on 1.7 mW/mK. Mikä on
nestekiehuma vuorokaudessa, kun D1 = 1.4 m, D2 = 1.8 m,
L1 = 2.0 m ja L2 = 2.4 m.
6
DEE-54030 Kryogeniikka Risto Mikkonen
29.4.2015
DEE-54030 Kryogeniikka
Kryogeniikka ja lämmönsiirto
7
DEE-54030 Kryogeniikka Risto Mikkonen
29.4.2015
Lämmönsiirron mekanismit
''
qx
q
''
T
(T )
x
h (Ts T )
q
8
''
DEE-54030 Kryogeniikka Risto Mikkonen
4
(Ts
29.4.2015
4
Tsur )
Lämmön johtuminen

Atomien ja molekyylien
värähdysliike + vapaiden
elektronien liike.

Wiedemann-Franzin laki
(T ) (T )
LT
Siis hyvä sähkönjohde on
hyvä lämmönjohde.

9
DEE-54030 Kryogeniikka Risto Mikkonen
29.4.2015
Lämmönjohtavuus

Vapaiden elektronien liike + atomien ja molekyylien värähdysliike
e
;
l
~ 1/ e

Puhtaat metallit:

Yhdisteet:

Ei-metallit: :n määrää lähinnä l, johon vaikuttaa kidehilan
säännöllisyys - timantti >> lasi
10
l
e
>>
e
l
täytyy ottaa huomioon.
DEE-54030 Kryogeniikka Risto Mikkonen
29.4.2015
Lämmön johtuminen (Cont.)



Nesteiden lämmönjohtavuus vaihtelee hyvin vähän.
Kaasuille on verrannollinen viskositeettiin, joka ~
T1/2.
Fourier’n laki:
q
''
x
T
(T )
x
Useille kiinteille aineille
(T )
missä
11
0
(1
on vakio
T)
Lämpövirta saadaan positiiviseksi alenevan lämpötilagradientin suuntaan.
DEE-54030 Kryogeniikka Risto Mikkonen
29.4.2015