النظام العامل عند حرارات شديدة البرودة ليس نسخة مصغّرة من نظام يعمل عند حرارة الغرفة. فعدة أمور تتغير تغيراً نوعياً.
خواص المواد ليست ثابتة
حول حرارة الغرفة، تكون معاملة الموصّلية الحرارية والحرارة النوعية بوصفهما ثابتتين معقولةً عادةً. أما في المدى شديد البرودة فلا: إذ تتغير الحرارة النوعية برتب مقدار مع الحرارة، وتبلغ الموصّلية ذروةً في كثير من المواد.
والنتيجة المباشرة: استعمال خواص ثابتة في تحليل عابر يُخطئ زمن التبريد وتوزيع الحرارة خطأً بيّناً. فالخواص يجب أن تُعرَّف دوالَّ للحرارة.
ميزانية التسرّب الحراري
بضعة واطات تكون مهملة عند حرارة الغرفة قد تمثل جزءاً معتبراً من حمل التبريد في نظام شديد البرودة — لأن الشغل اللازم لإزالة ذلك الواط، بحسب حدّ كارنو، أكبر بكثير.
ولذلك فالغرض من التحليل ليس عادةً «كم تبلغ الحرارة» بل «كم يبلغ إجمالي التسرّب الحراري، ومن أين». والبنود: التوصيل عبر الدعامات، والحمل عبر الغاز المتبقي، والإشعاع بين الأسطح، ومعابر الكابلات والأنابيب.
الإشعاع أهم مما يُتوقع
لأن التفريغ يكبت الحمل كبتاً شبه تام، يصير الإشعاع القناة الرئيسة. ولذلك فإن العزل متعدد الطبقات ودروع الإشعاع في صميم التصميم شديد البرودة، وانبعاثية الأسطح تحدد الأداء مباشرةً. انظروا ملاحظة الإشعاع.
جانب المائع
الموائع شديدة البرودة تعمل قرب النقطة الحرجة؛ وتتغير الكثافة والحرارة النوعية تغيراً كبيراً مع تغيرات ضغط صغيرة. ويتكوّن الطوران بسهولة، وخطر التكهف في المضخات مرتفع. انظروا ملاحظة التكهف.
كما أن الانكماش الحراري غير مهمل: فالأبعاد تختلف بين الحالتين الباردة والدافئة، وهذا يمسّ الإحكام ومقاومة التماس معاً. انظروا ملاحظة مقاومة التماس الحرارية.
المراجع
- Modest, M. F. & Mazumder, S. (2021). Radiative Heat Transfer, 4th ed. Academic Press. ISBN 978-0-323-98406-5.
- Shah, R. K. & Sekulić, D. P. (2003). Fundamentals of Heat Exchanger Design. John Wiley & Sons. DOI: 10.1002/9780470172605