Sprężarki

1. Ogólne omówienie pracy sprężarek tłokowych

Wykres pracy indykowanej w tłokowej sprężarce jednostopniowej przedstawiono na

rysunku.

Rys. 1. Wykres pracy indykowanej tłokowej sprężarki jednostopniowej

Na rysunku przyjęto następujące oznaczenia: ∆p_s - opory ssania, ∆p_t - opory zaworu

tłocznego, p_s - ciśnienie ssania, p_t - ciśnienie tłoczenia, p_a - ciśnienie atmosferyczne

(otoczenia), V_sk - objętość skokowa, V_o - objętość przestrzeni „szkodliwej”

(zwykle V_o = od 3% do 8% V_sk - w zależności od konstrukcji sprężarki, umieszczenia

zaworów i stosunku skoku do średnicy tłoka), V_s - objętość ssania (dotyczy gazu zassanego przy ciśnieniu w punkcie 1), V_i - objętość indykowana - odczytana z wykresu

Przyjmuje się następujące średnie wykładniki politropy: przy rozprężaniu m₁ = 1,25 do 1,3

i przy sprężaniu m₂ = 1,4 do 1,35. Wartość ich zależy od rodzaju gazu, sposobu chłodzenia

i prędkości obrotowej sprężarki

Zawór ssawny otwiera się samoczynnie, gdy ciśnienie gazu rozprężającego się

z przestrzeni „szkodliwej” V_o spadnie poniżej punktu 1. Ta wstępna różnica ciśnień służy do pokonania oporów: bezwładności zaworu, do przyspieszenia gazu w rurze ssawnej

i pokonania siły sprężyny dociskającej zawór do gniazda. Zawór tłoczny otwiera się gdy

ciśnienie gazu osiągnie w punkcie 3, wyższe ciśnienie od ciśnienia tłoczenia p_t.

Rzeczywistą wydajność sprężarki określa wzór:

Q_rz = λ Q_teor przy czym: Q_teor= F s n i_c (1)

gdzie: F - powierzchnia tłoka,

s - skok,

n - liczba obrotów,

i_c - ilość cylindrów,

F s = V_sk- objętość skokowa.

Rzeczywisty współczynnik zassania λ wylicza się przy pomocy formuły:

λ= λ_s λ_d λ_g λ_n= λ_i α (2)

gdzie:
- współczynnik przestrzeni szkodliwej,

- współczynnik dławienia,

- współczynnik grzania ścian,

współczynnik nieszczelności

(V_a -objętość gazu zassanego przy parametrach p_a i T_a),

- indykowany współczynnik objętościowy,

zależy od stosunku sprężania
oraz intensywności chłodzenia cylindra

i pokryw.

Przy zbyt dużej przestrzeni szkodliwej i niedostatecznym chłodzeniu, rozprężający się gaz

pobiera ciepło od ścian cylindra wskutek czego proces przybliża się do izotermicznego.

Wpływa to na obniżenie wartości indykowanego współczynnika objętościowego λ_i oraz silne wstępne ogrzewanie gazu podczas zasysania. Zbyt duże opory ssania zwiększają wartość λ_i Dlatego dba się o to, aby przekroje na ssaniu były dostatecznie duże.

W przewodzie ssawnym średnia prędkość gazu wynosi 10 do 12 m/s, a w filtrze 1 do 1,5 m/s. Spadek ciśnienia na filtrze powinien być mniejszy od 300 Pa. Poza tym należy stosować wszelkie sposoby obniżenia temperatury gazu zasysanego. Spadek temperatury np. z poziomu 25^oC do 10^oC powoduje wzrost masy zasysanego gazu o 5%.

Sprężanie jedno i wielostopniowe

Sprężanie gazu odbywa się wg przemiany politropowej, więc przyrost temperatury jest

funkcją przyrostu ciśnienia zgodnie z zależnością:

(3)

Przyjmując p_a = 1 bar, T_a = 293 K i w skrajnym przypadku m = ĸ = 1,4 otrzymamy:

pt -nadciśn. w at	3	4	5	6	7	8	9	10
Tt w K	401	440	463	487	520	532	549	566

Ze względu na smarowanie, szczególnie płytek zaworowych, temperatura końcowa nie może przekraczać 473 K ÷ 493 K (200 ÷ 220^oC). A więc cylinder i głowica powinny być chłodzone i to intensywnie. Z tych względów w jednym stopniu ,ciśnienie sprężania nie może

przekraczać 6 - 7 bar. Jeżeli ε = p_t / p_a › 7, to wskutek zbytniego nagrzewania się gazu podczas sprężania smarowanie jest mocno utrudnione lub nawet zanika. Wzrasta też zużycie

mocy potrzebnej do napędu, maleje indykowany współczynnik zassania λ_i. Te niekorzystne zjawiska można zmniejszyć stosując sprężanie dwu lub wielostopniowe w zależności od

wartości stopnia sprężania całkowitego.

Rozpatrzymy sprężanie dwustopniowe. Gaz sprężony w pierwszym stopniu do określonego ciśnienia pośredniego p_c przechodzi przez chłodnicę międzystopniową, w której ochładza się do temperatury - teoretycznie początkowej T_a. Następnie zostaje ten gaz sprężony w drugim stopniu (rys.) przy czym T_a ≈ T_c

Rys. 2. Wykres pracy indykowanej tłokowej sprężarki dwustopniowej

Pierwszy stopień 1 - 2 - 3 - 4 - 1 , drugi stopień 4 - 5 - 6 - 7 - 4

Objętość gazu z pierwszego stopnia (V₃-V₄) wskutek schłodzenia zmniejsza się do wielkości (V₅ - V₄). Punkt 5 leży teoretycznie na izotermie przeprowadzonej przez punkt 2.

Gdyby sprężać ten gaz od razu w jednym stopniu do p_t, to musiałaby ta sprężarka mieć bardzo małą przestrzeń szkodliwą V_o, co konstrukcyjnie trudno jest zrealizować. Pole zakreskowane 3-t-6-5-3 odpowiada oszczędności mocy napędowej uzyskanej wskutek zastosowania dwustopniowego sprężania. Ta oszczędność przy p_a = 1 bar wyniesie:

Pt w bar	5	6	7	8
% oszczędności	11,5	13,6	15	16

W sprężarce dwustopniowej gdy temperatura gazu przepływającego przez chłodnicę międzystopniową osiąga początkową T₅ = T₂ i gdy jest ona dobrze zaprojektowana ,

to T₆ = T₃.

Wtedy :

(4)

Zatem:
Dla n-stopni
(5)

Przy tak dobranym stosunku sprężania, równym w poszczególnych stopniach - praca sprężania osiąga teoretycznie minimalną wartość. Mając wykonany wykres indykatorowy, łatwo można określić pracę sprężania, ponieważ powierzchnia jego jest proporcjonalna

(w skali) do wielkości pracy technicznej obiegu. Pracę techniczną można też wyliczyć przy pomocy wzoru:

[J/kg] (6)

W przypadku m = κ, co ma miejsce w szybkobieżnych sprężarkach otrzymamy pracę adiabatyczną obiegu zgodnie z wzorem:

(7)

Przy czym p_t, p_a w Pa, v_a w m³/kg, zaś i_t, i_a w J/kg. Posługując się wykresem i - s dla danego gazu łatwo jest określić różnicę entalpii czynnika w stanie końcowym i początkowym.

Prócz tego można odczytać temperaturę i objętość właściwą dla poszukiwanych punktów przemiany cieplnej.

2. Wykresy ciepła w zastosowaniu do procesu sprężania.

Rys. 3. Wykresy T-s i i-s dla sprężarek tłokowych

Wykres T - s służy do ustalenia ilości ciepła, które bierze udział w procesie oraz do określenia parametrów stanu gazu. Jednak do określenia (adiabatycznej) pracy sprężania lepiej jest posługiwać się układem i - s , ponieważ l_t = i₂ - i₁. W układzie T - s :

Linia 1- 2 sprężanie adiabatyczne q_ad = 0 ( adekwatne polu pod linią 1 - 2)

Linia 1 - 3 sprężanie politropowe q_pol = polu zakreskowanemu na czerwono,

Linia 1 - 4 sprężanie izotermiczne q_izot = adekwatnie polu zakreskowanemu na niebiesko.

Przemiana politropowa wymaga ustalenia punktu 3 przy pomocy wzoru:

bo p₃ = p₂ (8)

Ilość ciepła, jaką należy odprowadzić podczas przemiany politropowej można określić przybliżonym wzorem: q_pol ≈ 0,5( s₁ - s₃ ) (T₁ + T₃) . Przy izotermicznym sprężaniu gazu ilość ciepła odprowadzonego podczas przemiany wynosi: q_izot = (s₁ - s₄) T₁ , bo T₁ = T₄ .

Sprężanie dwustopniowe w układzie T - s (lewy) oraz rzeczywisty proces sprężania

w sprężarce wirnikowej (prawy) przedstawiono na poniższych rysunkach.

Rys. 4. Wykres T-s dla spężarki dwustopniowej (po lewej ) i rzeczywisty proces sprężania

w układzie i-s

Pole 1-2-5 - praca wzrostu objętości wskutek tarcia

Ilość ciepła zaoszczędzona przy:

a. przemianie adiabatycznej ∆q_ad b. przemianie politropowej ∆q_pol

wskutek zastosowania chłodzenia międzystopniowego.

W konstrukcjach sprężarek wirnikowych nie można zapewnić dobrego chłodzeniaprocesu sprężania. Przy przepływie gazu przez łopatki następuje uderzenie strugi

o krawędzie, tarcie gazu o ścianki, tarcie wzajemne cząstek gazu o siebie. Ta sumaryczna praca tarcia zamienia się na ciepło ,powodujące wzrost energii wewnętrznej gazu, jego entalpii i entropii.Jest to proces nieodwracalny. Wzrasta przy tym wykładnik politropy m > ĸ. Linia 1 - 3 odpowiada sprężaniu politropowemu z chłodzeniem, a linia 1 - 5 dynamicznemu sprężaniu przy braku chłodzenia.

2. Sprawność sprężarek

1. tłokowych

Moc indykowana sprężarek jednostopniowych wynosi: N_i = F s n p_i w J/kg ,

Gdzie: F- przekrój cylindra w m², s- skok tłoka w m, n- prędkość kątowa wału w rd/s,

p_i- średnie ciśnienie indykowane o stałej wartości, odpowiadające polu wykresu indykatorowemu w Pa. Moc potrzebna do sprężania G kg gazu w przemianie:

a) izotermicznej N_iż = G l_iż = GR
,

b) adiabatycznej N_ad = G l_ad = G(i_t - i_a) ,

c) politropowej N_pol = G l_pol = G

Wartość pracy można określić za pomocą odpowiedniego wykresu. Do oceny pracy sprężarek służy współczynnik sprawności indykowany, określony następującymi wzorami dla poszczególnych przemian:

1. izotermicznej
   ,

2. adiabatycznej
   ,

3. politropowej
   

Moc na wale sprężarki N_w = N_i/η_m. Stąd współczynnik sprawności mechanicznej

Moc silnika napędowego liczymy z zależności
.

Współczynnik sprawności przekładni w napędzie sprężarek tłokowych wynosi

η_przekł.= 0,96 do 0,99.

2. Wirnikowych (rotodynamicznych)

Moc na wale sprężarki wirnikowej wynosi N_w = N_u/η_o. Przy czym współczynnik sprawności ogólnej η_o = η_mη_hη_v Gdzie η_o - współczynnik sprawności ogólnej waha się w granicach 0,7 do 0,94, η_m - współczynnik sprawności mechanicznej waha się w granicach 0,98 do 0,99;

η_h- współczynnik sprawności hydraulicznej przyjmuje wartości od 0,75 do 0,98 oraz

η_v- współczynnik sprawności wolumetrycznej (na przecieki) osiąga wartość >od 0,98.

Moc użyteczną N_u sprężarek wirnikowych wylicza się ze wzorów: N_u = V ΔH_u lub N_u = G l_u. przy czym: V- rzeczywiste natężenie przepływu gazu w m³/s, G- rzeczywiste natężenie przepływu gazu w kg/s, ΔH_u- przyrost ciśnienia w sprężarce w Pa,

l_u- praca włożona dla sprężania kg gazu wg jednej z przemian cieplnych.

Gazy wilgotne i suszenie

1. Wprowadzenie

Teoria gazów wilgotnych dotyczy gazów, które w sąsiedztwie cieczy wchłaniają pary

cieczy i stają się wilgotne. Zmiana warunków powoduje, że część pary ulega skropleniu.

Najbardziej typowym przykładem jest tutaj powietrze wilgotne - mieszanina gazów i par. Traktujemy ją jako gaz składający się z gazu suchego (nie skroplone w atmosferze cząstki azotu, tlenu, argonu) oraz wody występującej w powietrzu w różnych stanach fazowych.

Ciśnienie cząstkowe pary wodnej w powietrzu jest nieznaczne i dlatego można z pewnym ograniczeniem stosować w tym przypadku prawa gazów doskonałych i prawa Daltona. Zatem

Ciśnienie cząstkowe pary wodnej w powietrzu wilgotnym jest równe:

p_p = p_b - p_s (9)

gdzie: p_p - ciśnienie cząstkowe pary wodnej ,

p_b - ciśnienie atmosferyczne,

p_s - ciśnienie cząstkowe gazu suchego.

W rzeczywistych warunkach atmosferycznych rzadko spotyka się powietrze całkowicie

nasycone parą wodna, a jeszcze rzadziej idealnie suche. Najczęściej występuje powietrze

nienasycone tj. zdolne do wchłonięcia pary wodnej w danej temperaturze. Dość często

w przyrodzie występuje również powietrze w stanie przesyconym wilgocią. Wówczas część wody nie mogąc utrzymać się w stanie lotnym skrapla się, tworząc w powietrzu mgłę. Bywa też tak, że w pobliżu 273 K (dokładniej 0,01 ^oC) woda w powietrzu występuje jednocześnie

w trzech fazach; lotnej jako para, ciekłej (mgła deszczowa) i stałej (śnieg).

Stan powietrza wilgotnego określa wilgotność bezwzględna i wilgotność względna

Wilgotność bezwzględna - ilość gramów pary wodnej zawarta w jednym metrze sześciennym powietrza wilgotnego , co jednoznacznie odpowiada gęstości pary ρ_p = m_p/ V.

Wilgotność względna φ - stosunek gęstości pary ρ_p do maksymalnej gęstości pary nasyconej ρ_p^'' . Zatem
. Wartość ρ_p^” - maksymalnej gęstości pary nasyconej powietrza w danej temperaturze podawana jest w tablicach technicznych. Z pewnym przybliżeniem wilgotność względną można wyrazić stosunkiem ciśnień cząstkowych pary i powietrza suchego:

≈
(10)

Wilgotność względną można określić przy pomocy psychrometru Assmana, higrometru itp. Psychrometr Assmana bazuje na pomiarze temperatury przepływającego powietrza z prędkością 2 m/s przy pomocy termometru suchego oraz zwilżonego. Termometr nawilżony wykaże tym niższą temperaturę im mniej nasycone będzie powietrze badane. Wówczas więcej ciepła parowania odbiera się od otoczenia. Jeżeli badane powietrze jest nasycone, to oba termometry wskażą tę samą temperaturę.

Posługujemy się tu wzorem empirycznym:

(11)

gdzie: p_s^m ,p_s^s - ciśnienie nasycenia pary wodnej w temperaturze termometru mokrego

i suchego,

T^s T^m - odczyty wskazań termometru suchego i mokrego.

Higrometry oparte są na zasadzie wydłużania się włosa odtłuszczonego lub na zasadzie

absorpcji względnie kondensacji (eter parujący). Przy ich pomocy odczytuje się temperaturę pojawienia się pierwszych kropel rosy (tzw. punkt rosy).

Podstawowym parametrem stanu powietrza wilgotnego jest zawartość w nim wilgoci X

tj. stosunek masy wody zawartej w gazie do masy suchego gazu:

[kg/kg] (12)

Jeżeli ten stosunek został wyrażony w gramach, to x piszemy z małej litery.

Jeżeli gaz suchy i para wodna zawarte są w tej samej objętości, to:

(13)

Wykorzystując równanie stanu dla pary i gazu suchego (
i
) otrzymamy wzór:

(14)

bo dla powietrza R_gs = 287 J/kg deg, a dla pary wodnej R_p = 461,9 J/kg deg.

Ponieważ p_gs = p_b - p_p , zaś p_p = φ p_s , to X = 0,622

gdzie : p_b - ciśnienie barometryczne,

p_s - ciśnienie nasycenia pary wodnej,

φ -wilgotność względna.

Biorąc pod uwagę udziały wagowe pary wodnej g_p =
i gazu suchego g_gs =
,to stała

gazowa powietrza wilgotnego wyrazi się wzorem:

(15)

zaś gęstość gazu wilgotnego określa wzór:

(16)

Bardzo często stosuje się pojęcie stopnia nasycenia lub inaczej

stopnia zawilgocenia powietrza. Jest to stosunek istniejącej wilgotności do maksymalnie możliwej w danej temperaturze - przed osiągnięciem stanu nasycenia:

ψ
(17)

Istotniejsze rozbieżności pomiędzy wartościami stopniem nasycenia ψ i wilgotnością względną φ występują tylko przy wysokich temperaturach i małych wartościach wilgotności względnej .

Entalpia gazu wilgotnego:

[kJ/kg gazu wilgotnego] (18)

Przy c_p ≈ 1kJ/kg deg entalpia pary wyniesie i_p = 2500 + 1,965 (T - 273), zaś gazu wilgotnego J_1+x = (T - 273) + (1965 T) X

Jak widać obliczanie podstawowych wielkości dla powietrza wilgotnego jest niewygodne.

W praktyce przemysłowej często korzysta się z wykresów. Mając dwa parametry spośród

pięciu można wyznaczyć pozostałe trzy ( J_1+x , X, T lub t , p_p , φ ).

2. Typowe procesy zachodzące z powietrzem wilgotnym

1. Mieszanie powietrza wilgotnego

Zadanie takie najłatwiej rozwiązać można przy pomocy wykresu J-x, gdy znamy parametry dwu stanów i udziały wagowe poszczególnych składników.

Rys. 5. Wykres J-x dla powietrza wilgotnego

Prosta 1-2 na rysunku jest prostą mieszania. Punkt 3 reprezentuje końcowy stan mieszania

masy m₁ i masy m₂ : m₁(1-3) = m₂(3-2). Analitycznie można określić entalpię i stopień

suchości punktu 3 przy pomocy wzorów:

=
oraz x₃ =
(19)

gdzie: L_{1 ,}L₂ masy powietrza suchego ( uwaga m oznaczono masy powietrza wilgotnego),

J₁,J₂,J₃ - entalpie w punktach 1,2,3,

x₁, x₂, x₃ - zawartości wilgoci.

2. Nawilżanie - czyli pochłanianie małej ilości wody

Proces ten może odbywać się po przez rozpylenie zimnej wody i jest związany z oziębianiem gazu - lub przez wpuszczenie pary wodnej stanowiącej jednocześnie czynnik ogrzewający gaz. Jest to mieszanie znanej masy gazu wilgotnego z określoną niewielką masą wody o znanej entalpii.

Po zmieszaniu:

J_m = J₁+
x_m = x₁ +
(20)

gdzie : L - ilość gazu suchego w kg,

J₁- entalpia gazu wilgotnego w kJ/kg deg,

x₁ - zawartość wilgoci w kg,

m_w - masa wody dodanej w kg,

i_w - entalpia wody dodanej w kJ/kg deg.

Przy nawilżaniu interesuje nas stosunek przyrostu entalpii ∆J do przyrostu wilgoci ∆x, który jest równy entalpii czynnika nawilżającego:

[kJ/kg] (21)

3. Ogrzewanie i oziębianie powierzchniowe

Proces ten przebiega przy x = constans i p_p = constans, a na wykresie jest to linia prosta

(A-2). W czasie ogrzewania powierzchniowego wzrasta entalpia i temperatura, maleje zaś wilgotność względna, co umożliwia wchłonięcie dodatkowej wilgoci. Oziębianie przy

p = constans, jeżeli następuje poniżej temperatury rosy (punktu rosy) wywoła to wykroplenie

wody, która może być pod postacią mgły lub kropel wody.

Rys. 6. Wykres J-x uwzględniający ogrzewanie i oziębianie powietrza wilgotnego

4. Procesy zachodzące między dużą masy wody a powietrzem nienasyconym

Powietrze na styku z wodą nasyca się w warstwie, której stan można założyć na krzywej

o φ = 100% i temperaturze wody punktu A. Wymiana masy i ciepła może przebiegać

w sposób następujący:

1. Parametry stanu powietrza x₁ > x_A ; φ < 100% ; p_p1> p_pA ; t₁ > t_A . Proces przebiega po prostej 1-A, ponieważ p_p1 > p_pA , to nadmiar pary z powietrza będzie się wykraplać, a ciepło skraplania zostanie przekazane wodzie. Oprócz tego powietrze o temperaturze t₁ > t_A będzie oddawać ciepło wodzie.

2. Przemiana przy stanie 2 ma ciśnienie p_p2 = p_pA i nie będzie tu wymiany masy. Natomiast powietrze o wyższej temperaturze będzie oddawać energię cieplną wodzie.

3. Proces w stanie 3 ma p_p2 < p_pA i nastąpi nieznaczne odparowanie, przy czym ciepło

parowania odbierane będzie wodzie. W tym samym czasie powietrze o wyższej temperaturze ogrzewa wodę. Jest to tzw. proces suchej wymiany ciepła.

4. Prosta 4-A charakteryzuje proces najbardziej ustabilizowany. Parowanie przebiega wzdłuż linii J = constans. Ciepło „suche” przekazane wodzie zostaje całkowicie zwrócone powietrzu w postaci pary. Następuje większe nasycenie powietrza wodą.

5. W tym przypadku wobec nieznacznych różnic temperatur, powietrze oddaje mało ciepła wodzie, a duże różnice ciśnień cząstkowych sprzyjają intensywnemu parowaniu i oziębianiu

cieczy.

6. W tym stanie wskutek jednakowych temperatur nie ma wymiany tzw. suchej - natomiast wystąpi intensywniejsze parowanie i oziębianie wody.

7. Proces 7-A charakteryzuje najbardziej intensywne nawilżanie powietrza oraz jego

ogrzewanie.

Poza procesem J = constans (pkt. 4) wszystkie pozostałe są chwilowe, gdyż zmienia się

temperatura wody i parametry warstewki przesuwają się z parametrami po krzywej nasycenia φ = 100% - w górę przy jej ogrzewaniu lub w dół przy oziębianiu. Równocześnie zmienia się stan powietrza. Cały proces ma przebieg krzywoliniowy, ale uproszczony bilans energetyczny zakłada, że entalpia wody wzrasta o tyle o ile maleje entalpia powietrza.

Zatem:

(J₁ - J₂) L ≈ W (T_p - T_k) → stąd J₁ - J₂ =
(22)

gdzie: W/L - stosunek zraszania,

L - masa powietrza,

W - masa wody,

T_p - temperatura początkowa,

T_k - temperatura końcowa procesu.

Pomija się tu nieznaczną ilość wody odparowanej lub skroplonej. Równanie powyższe

pozwala badać procesy w chłodniach kominowych i skruberach

Inne czynniki termodynamiczne nie będą omawiane. Z punktu widzenia pożarnictwa

(nie tylko) interesującym jest azot - szczególnie w stanie ciekłym. Stosowany jest on do gaszenia pewnych typów pożarów ( w kopalniach węgla kamiennego, w silosach zbożowych). W stanie skroplonym (77 K) jego objętość jest około 700 razy mniejsza niż w stanie

gazowych przy T = 273 K i ciśnieniu atmosferycznym. Dla porównania jeden metr

sześcienny wody daje 1700 m³ pary wodnej. Ciepło parowania azotu wynosi 199 kJ/kg przy ciśnieniu 0,1 MPa i jest mniejsze (i to znacznie) od ciepła parowania wody 2265 kJ/kg. Pod tym względem ciekły azot jest efektywniejszy od wody przy gaszeniu pożarów, bo szybciej

i całkowicie odparowuje i wypiera tlen. Ciekły azot podawany jest na źródło pożaru dyszami „mgłowymi” o dużych wymiarach, na odległość kilku metrów. Szczegółowo problemy te nie będą omawiane.

Pod względem termodynamicznym i fizycznym bardzo interesującym czynnikiem jest HEL , Oprócz wody jest on najlepiej naukowo przebadanym gazem. Jest on płynem kwantowym. Hel wymaga podwyższonego ciśnienia przy przejściu w stan stały. Stan stały występuje pod postacią He_α o sieci heksagonalnej i He_β o sieci przestrzennie centrowanej. Hel ciekły jest

jedynym spośród pierwiastków istniejącym w dwóch odmianach cieczy, jako hel I i hel II .

Rys. 7. Wykres p-T dla helu

Parametry punktu λ i λ^' są następujące:

T_λ = 2,1735 K P_λ = 0,005066 MPa

T_λ'= 1,76 K P_λ' = 3,01 MPa.

Parametry punktu krytycznego to: T_k = 5,2 K i P_k = 0,22746 MPa.

Przejście od jednej modyfikacji do drugiej nie mieści się w kategoriach reguły faz. Zjawisko to nazwano „przemianą fazową drugiego rodzaju”. Przemianie tej towarzyszą nieciągłe zmiany wielu własności fizycznych ,takich jak: ciepło właściwe, lepkość, ściśliwość,

przewodność cieplna i napięcie powierzchniowe. Lepkość normalnych cieczy zwiększa się wraz ze spadkiem temperatury - dla helu I pozostaje praktycznie stała aż do temperatury

2,6 K. Poniżej tej temperatury lepkość He I maleje. Obniżając temperaturę helu I poniżej krzywej λ-λ^' stwierdza się spadek lepkości helu II poniżej 10^-12 Pa s (milion razy jest ona mniejsza od lepkości helu I). To zjawisko nazwano „nadpłynnością”.

Nadpłynność przejawia się następująco:

1 - Hel II przepływa praktycznie bez tarcia przez małe otwory, silnie ubite proszki.

2 - Dwa różne poziomy helu II oddzielone przegrodą wyrównują się spontanicznie z

upływem czasu. To wyrównanie dokonuje się wskutek pełzania po ściankach naczynia

cienkiej błonki (o grubości 300 nm) z prędkością 10 cm/s. Przy „zniknięciu” lepkości ruch

tej błonki podlega innym prawom hydromechaniki niż obowiązującym dla cieczy

normalnej.

3. - Nie tylko różnice poziomów, ale i różnice temperatur wywołują ruch błonki helu.

4. - Szybka zmiana temperatury w ciekłym helu rozprzestrzenia się w postaci fali.

Noszą one nazwę drugiego dźwięku.

5. - Mechanizm przewodzenia ciepła w helu II jest odmienny niż w innych stanach skupienia

oraz innych płynach. Wartość współczynnika przewodzenia ciepła w helu II wynosi

0,85^.10⁵ W/cm K. Jest to 350 000 razy większa wartość od tej ( 0,239 W/cm K)

dla miedzi w temperaturze otoczenia . w związku z powyższym hel II używany jest do

schładzania stożków rakiet, maszyn cyfrowych , nadprzewodników itp. Hel gazowy

o temperaturze kriogenicznej (bliskiej skropleniu) służy do przetłaczania ciekłego tlenu

i wodoru do dysz silników rakietowych itd.

14

---