Фазовое расслоение и тепловая неустойчивость сверхтекучих растворов ³Не–⁴Не, нагреваемых снизу

Abstract

В области температур 100–500 мК исследовано влияние фазового расслоения на тепловую неустойчивость сверхтекучих растворов ³Не–⁴Не, нагреваемых снизу тепловыми потоками мощностью до 20 мкВт/см². Обнаружено, что неустойчивость наблюдается только при наличии фазового расслоения (в высокотемпературной области), даже при заведомо больших тепловых потоках. При низких температурах с увеличением мощности теплового потока в системе вначале происходит фазовое расслоение, а затем, при дальнейшем росте Q, наблюдается тепловая неустойчивость, которая проявляется в резком увеличении коэффициента эффективной теплопроводности. Указанные эффекты, по-видимому, связаны с дестабилизирующим вследствие капиллярных явлений влиянием поверхности раздела между расслоившимися фазами. Проанализировано соотношение между числами Рэлея и Марангони, описывающими влияние соответственно сил всплытия и капиллярных сил, и отмечено, что наиболее чувствительной к действию капиллярных сил является концентрированная фаза.

В області температур 100–500 мК досліджено вплив фазового розшарування на теплову нестійкість надплинних розчинів ³Не–⁴Не, що нагріваються знизу тепловими потоками потужн істю Q до 20 мкВт/см². Виявлено, що нестійкість спостерігається тільки при наявності фазового розшарування (у високотемпературній області), навіть при свідомо великих теплових потоках. При низьких температурах зі збільшенням потужності теплового потоку в системі спочатку відбувається фазове розшарування, а потім, при подальшому зростанні Q, спостер ігається теплова нестійкість, що виявляється в різкому зростанні коефіцієнта ефективної теплопровідності. Зазначені ефекти, мабуть, зв’язані з дестабілізуючим внаслідок капілярних явищ впливом поверхні розподілу між розшарованими фазами. Проаналізовано співвідношення між числами Релея і Марангоні, що описують вплив відповідно сил зринання та капілярних сил, і відзначено, що найбільш чуттєвою до дії капілярних сил є концентрована фаза.

It is found that the instability is observed only with the phase separation (in a high-temperature range) even for a high thermal flow. At low temperatures with increasing the flow capacity there first occurs a phase separation and then with a further increase in Q one can observe a thermal instability which manifests itself in a sharp rise in the effective thermal conductivity. The above effects is likely to be associated with the destabilizing influence of the interface between the phase separated because of the capability effects. The ratio between Rayleigh and Marangoni numbers describing the influence of buoyancy and capillary forces, respectively, is analyzed. It is shown that the concentrated phase is most sensitive to the action of capillary forces.