Visualization of selected flows of water and cryogenic helium using tracer particles

Abstract

Techniky vizualizace proudění jsou v současnosti využívány pro výzkum proudění kryogenního helia. Metody planární laserové anemometrie a sledování stopovacích částic, jež se v minulosti ukázaly jako velice užitečné v mnoha vědeckých a průmyslových odvětvích výzkumu, jsou používáy pro analýzu kryogenního proudění. Společná laboratoř nízkých teplot na Karlově univerzitě v Praze se sta- la první laboratoří v Evropě schopnou aplikovat vizualizaci proudění pro výzkum proudění kapalného helia. Technika vyžadovala optimalizaci kvůli počtu obtíží, například optickému přístupu do heliové lázně nebo výběru vhodných stopovacích částic. Byla provedena řada experimentů ve vodě za pokojové teploty s cílem prokázat, že aparatura je vhodná pro hlavní cíl práce - nízkoteplotní experimen- ty. Tyto experimenty byly zaměřeny na tepelně generovaný protiproud normální a supratekuté složky He II. Jsou prezentovány a analyzovány jak experimenty za pokojové teploty, tak za nízkých teplot, a jsou srovnány s dobře známými teoretickými výsledky.

Flow visualization techniques have recently been applied for the investigation of various cryogenic flows of liquid helium. Particle image velocimetry and particle tracking velocimetry techniques, proven in the past as very fruitful in many scientific and industrial areas of research, are being used for the analysis of cryogenic flows. The Joint Low Temperature Laboratory at the Charles University in Prague is the first in Europe to employ flow visualization techniques to investigate liquid helium flows. The approach had to be optimized due to a number of technical and fundamental dificulties, i.e., the optical access to the helium bath and choice of suitable tracer particles. Water experiments at room temperature were performed to prove that the experimental apparatus is well-suited for the low-temperature experiments performed as the main part of the work. The latter focused on thermal counter flow. The results from both, room-temperature experiments and low-temperature experiments are discussed and positively compared with well-known theoretical results.