研究成果

在mK条件下，由于氦工质的特殊物性，导致其在传热流动中呈现出与常温温区不同的现象和规律。进一步理解其作用机理将为低温传热及传热部件设计提供更多可能。


针对上述问题，热科学团队开展了以下相关研究工作：

（1） 3He - 4He 混合工质在mK温区下的分相特性及传热机制研究。基于修正的二流体模型和渗流理论，引入了传热传质能量模型和浓度扩散模型，通过对混合工质渗流速率的控制和溶解度的限制，建立了 3He - 4He 混合工质的渗流传热耦合模型，明晰了渗透压与制冷温度、制冷功率与热负荷之间的影响规律，开展了对混合室结构参数敏感性分析，揭示了低温下 3He - 4He 混合工质中相界面的渗透和熵变制冷机制。


（2）低温界面热阻研究。在低温条件下，流体与固体间存在着显著的界面热阻。基于声学失配模型，考虑颗粒振动模式与骨架低频振动模式，分别建立了三类液氦工质与固体壁面的界面热阻计算模型，并进一步分析了壁面材料、结构参数、流动参数对界面热阻的影响规律，为低温下强化传热研究提供了理论基础。

（3）多孔介质低温传热特性。金属烧结结构常用于mK级低温传热过程，用于液相 3He 与 3He - 4He 混合液间的换热，其换热特性直接影响制冷温度和制冷量。综合考虑界面热阻、工质物性特征、粘性热等效应，基于多孔介质非热平衡模型和自由流-多孔介质渗流耦合模型建立了低温烧结结构换热数值模型，阐明了孔隙率、烧结粒径、液隙结构与体积、热物性、粘性热等对低温传热和流动性能的影响规律。