Equations d'état pour les propriétés thermodynamiques des mélanges cryogéniques

par Jakub Tkaczuk

Projet de thèse en Physique appliquee

Sous la direction de Nicolas Luchier.

Thèses en préparation à l'Université Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale physique , en partenariat avec Service des Basses Températures (laboratoire) depuis le 18-04-2018 .


  • Résumé

    Des systèmes de réfrigération cryogénique à grande échelle optimisés et fiables sont nécessaires pour le refroidissement des supraconducteurs, l'écrantage thermique et le pompage sous vide de la prochaine génération d'instruments de physique des particules à haute énergie et de réacteurs de fusion. Les technologies de réfrigération innovantes, telles que les cycles turbo-Brayton à haute efficacité, sont étudiés dans le cadre de la chaîne de refroidissement des grands systèmes cryogéniques. L'un des défis est le besoin de réfrigération sur un grand écart de température (au moins 20-65 K et 100-200 K), ce qui impose l'utilisation de réfrigérants mixtes. Pour pouvoir modéliser de tels cycles, les équations d'état des mélanges cryogéniques manquaient. Les équations d'état pour les mélanges cryogéniques d'hélium-néon, néon-argon, hélium-argon et hélium-azote ont été étudiées en détail et développées. Le banc de test pour les mesures du coefficient Joule-Thomson a été construit et permettra de valider les équations d'état développées précédemment.

  • Titre traduit

    Equations of state for the thermodynamic properties of cryogenic mixtures


  • Résumé

    Optimized and reliable large-scale cryogenic refrigeration systems are required for superconducting devices cooling, thermal shielding and ultra-high vacuum pumping of the next generation of high-energy particle physics instruments and fusion reactors. Innovative refrigeration technologies such as high-efficiency turbo-Brayton cycles are under consideration as part of the cooling chain of large-scale cryogenic systems. One of the challenges in the design process for such infrastructures is the need for refrigeration over a broad temperature range (at least 20-65 K as well as 100- 200 K), which imposes the use of mixed refrigerants. To be able to model such cycles, the equations of state for the cryogenic mixtures were missing. The equations of state for the cryogenic mixtures of helium-neon, neon-argon, helium-argon, and helium-nitrogen were studied in detail and developed. The experimental setup for the measurements of the Joule-Thomson coefficient was constructed and will allow for the validation for the earlier developed equations of state.