Kriyojenik sıcaklıklarda çalışan bir sistem, oda sıcaklığındaki bir sistemin küçültülmüş hâli değildir. Birkaç şey niteliksel olarak değişir.
Malzeme özellikleri sabit değildir
Oda sıcaklığı civarında ısıl iletkenlik ve özgül ısıyı sabit kabul etmek çoğu zaman makuldür. Kriyojenik aralıkta değildir: özgül ısı sıcaklıkla mertebe olarak değişir, iletkenlik birçok malzemede tepe yapar.
Bunun doğrudan sonucu şudur: geçici rejim analizlerinde sabit özellik kullanmak, soğuma süresini ve sıcaklık dağılımını belirgin biçimde yanlış verir. Özellikler sıcaklığın fonksiyonu olarak tanımlanmalıdır.
Isı sızıntısı bütçesi
Oda sıcaklığında ihmal edilebilecek birkaç watt, kriyojenik bir sistemde soğutma yükünün önemli bir kısmı olabilir — çünkü o watt'ı geri almak için harcanan iş, Carnot verimi gereği çok daha büyüktür.
Bu yüzden analizin amacı genellikle "sıcaklık kaç derece" değil, "toplam ısı sızıntısı kaç watt ve nereden" sorusudur. Kalemler: destek elemanlarından iletim, kalan gazdan taşınım, yüzeyler arası radyasyon, kablo ve boru geçişleri.
Radyasyon beklenenden önemli
Taşınım vakumla neredeyse tamamen kesildiği için radyasyon ana kanal hâline gelir. Çok katmanlı yalıtım ve radyasyon kalkanları bu yüzden kriyojenik tasarımın merkezindedir; yüzey yayıcılığı doğrudan performansı belirler. Bkz. radyasyon notu.
Akışkan tarafı
Kriyojenik akışkanlar kritik noktaya yakın çalışır; yoğunluk ve özgül ısı küçük basınç değişimlerinde büyük değişir. İki faz kolayca oluşur ve pompalarda kavitasyon riski yüksektir. Bkz. kavitasyon notu.
Isıl daralma da ihmal edilemez: soğuk ve sıcak hâlde boyutlar farklıdır, bu hem sızdırmazlığı hem temas direncini etkiler. Bkz. ısıl temas direnci notu.
Kaynaklar
- 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