2018年《高等低溫技術學》期末作業試從稀薄氣體特性及傳熱、受力角度說明克魯克斯輻射計的工作原理并定性說明輻射計轉速與真空度的關系。答：克魯克斯輻射計主體是一個高度真空的玻璃泡，里面懸掛著四個葉片，每個葉片一面為黑色，另一面為白色。黑色一面吸收率更大，比白色吸收更多的輻射熱，因此黑色附近溫度更高，葉片兩側形成一個溫度差，由稀薄氣體熱分子壓力效應可知，這一溫差將導致兩側形成壓力差，黑色側壓力更高，分子將從黑色側沿葉片邊緣流向白色側，從而帶動葉片旋轉。為保持這一溫差，葉片兩面往往會涂有隔熱層。輻射計能正常工作，必須使玻璃泡內為高度真空的稀薄氣體。如果玻璃泡內不是真空，葉片會由于空氣阻力過大而無法轉動；如果玻璃泡內完全真空，就沒有分子運動來撞擊葉片，也無法轉動。將氮氣視為理想氣體，計算0.1MPa,250~350K的運動粘度，并和NISTRefProp數據做對比，從輸運系數微觀機理出發分析可能導致差異的因素。氮氣分子直徑（kineticdiameter）可視為365pm。答：由氣體動理論知內摩擦系數，故運動粘度，由麥克斯韋速度分布律有，分子平均自由程，因此代入,,,求得：運動粘度。由NIST數據查得：氮氣運動粘度由于分子動理論是將氮氣分子看作理想的小球，分子速率采用統計方法，運動粘度的結果與實驗值存在差別，需加修正。從TdS方程出發，推導并比較氣體節流、液體節流的溫度效應。答：氣體節流可看成是絕熱的，前后焓值不變。由Tds方程有，將第二Tds方程代入得，對于等焓過程得節流溫度效應為。液體節流也是如此。低溫液氫杜瓦，內膽為直徑5m的球型結構，液氫充注率90%，采用多層蒸氣冷卻屏技術實現液氫日均蒸發1%，計算確定需要的蒸氣冷卻屏層數。答：為簡化計算，取內罐設計壓力0.6MPa，設計溫度20K，外部為室溫300K。此時液氫密度，汽化潛熱。故液氫質量，由日蒸發量為可得：漏熱量。設需要n層蒸氣冷卻屏，第層冷卻屏的溫度為，取內壁溫度為，外壁溫度為。內壁向第一層冷卻屏傳熱為，第一層冷卻屏向第二層傳熱為，以此類推，第n層冷卻屏向外壁傳熱為，且。超導等方面的需要；液氦抽氣蒸發制冷應將液體注入設備的液氦儲槽或低溫恒溫器中，令其吸熱蒸發，并用壓縮機或真空泵不斷抽除蒸發的氣體，即可實現制冷過程，最低可達到0.7K低溫；He3壓縮制冷是將He3沿溶解曲線絕熱壓縮，則有部分液體固化，從而使溫度降低，實現制冷；He3-He4稀釋制冷顧名思義是利用其稀釋時的冷效應，其溶解時伴隨有吸熱效應，最低可達到2~3mK的低溫。從制冷原理、工質種類、傳熱特性、循環原理、裝置設計等角度比較室溫磁制冷、絕熱退磁制冷ADR、核磁制冷有何主要區別。答：室溫磁制冷，制冷劑采用Gd作為磁工質，世界上首個室溫磁制冷機為美國的Astronautics，傳熱需要傳熱流體，驅動方式為永磁體，達到1.5T，運行周期不到1s（高頻）；絕熱退磁制冷，熱匯采用液氦或小型低溫制冷機，順磁鹽向熱匯放熱，退磁降溫，傳熱需要熱開關，驅動方式為超導體，運行周期幾百秒（長周期）。借助超流體的二流體模型理論來解釋超流體的熱機械效應。答：二流體模型即是將He=2\*ROMANII比作兩種流體的混合物，其一同He=1\*ROMANI無異，由正常原子組成且具有正常的粘性，稱為常流體，另一種由“凝結”了的超流原子組成，稱為超流體，超流原子具有零點能和零點熵，但不具有粘性。熱機械效應指的是超流體中熱能同機械能的相互轉換過程，設有兩個容器A和B，下部用一個毛細管連通，毛細管直徑很小只有超流體能通過，兩容器中盛有He=2\*ROMANII，溫度相同，液面相同。現給A施加一定壓力?p，B液面會比A升高?H；若給B升溫?T，則A液面比B降低?H，且兩次實驗?p和?T的比值是一樣的，此為熱機械效應，可用二流體模型解釋。二流體模型認為只有超流體可以通過毛細管，且流動時是不帶熵的，因而毛細管起到“熵過濾器”的作用，液氦中的超流部分經毛細管流出時不帶走熵，即將其熱量遺留在原來的容器中，由此推知，在第一個實驗，在A中施加壓力時A中部分超流體流出向A中遺留了一定的熱量，故A中溫度升高；而這部分流體進入B后要分享一部分熱量，故B中溫度降低。在第二個實驗，給B升溫后促使A中部分超流體流入B中產生液面差。針對第I類超導體，說明超導轉變過程以及磁場（內部磁場和外部磁場）對超導性能的影響。答：第一類超導體熔點較低，質地較軟，故稱為軟超導體。超導材料在電阻轉變為零前為常導態，轉變后為超導態，由常導態轉變為超導態的溫度稱為轉變溫度，或稱超導