Σχετικά με τον ημερήσιο ρυθμό εξάτμισης Dewar χαμηλής θερμοκρασίας

Ο ημερήσιος ρυθμός εξάτμισης του Dewar είναι η πιο σημαντική τεχνική παράμετρος για την αξιολόγηση της απόδοσης θερμομόνωσης του Dewar, η οποία μπορεί να αντικατοπτρίζει πιο διαισθητικά την απόδοση διατήρησης του Dewar στο κρύο. Το εθνικό πρότυπο απαιτεί το ανώτερο όριο του στατικού ημερήσιου ρυθμού εξάτμισης (πίεση εργασίας 1,0-1,6Mpa) του πολυστρωματικού αδιαβατικού Dewar υψηλού κενού που περιέχει υγρό άζωτο, βλέπε Πίνακας 1:

Πίνακας 1 Ανώτατο όριο στατικού ημερήσιου ρυθμού εξάτμισης πολυστρωματικού αδιαβατικού Dewar υψηλού κενού

Είναι πολύ σημαντικό για το σχεδιασμό και τη λειτουργία του Dewar να μελετήσει τις αλλαγές θερμοκρασίας και πίεσης στο Dewar και να καθορίσει τον ημερήσιο ρυθμό εξάτμισης του Dewar υπό πίεση εργασίας μέσω πειραμάτων. Αυτό το άρθρο συζητά την επίδραση της πίεσης Dewar στον ημερήσιο ρυθμό εξάτμισης και αποκαλύπτει ποσοτικά τον νόμο μεταβολής του ημερήσιου ρυθμού εξάτμισης με την πίεση μέσω πειραματικής έρευνας.

1 Επίδραση της πίεσης στον ημερήσιο ρυθμό εξάτμισης

Σε γενικές γραμμές, ο ρυθμός εξάτμισης ενός κρυογονικού δοχείου αναφέρεται στον ρυθμό εξάτμισης μιας κατάλληλης ποσότητας κρυογονικού υγρού που περιέχεται στο δοχείο μετά την επίτευξη θερμικής ισορροπίας υπό τυπικές συνθήκες (0°C). Υπολογίζεται γενικά με , επομένως ονομάζεται επίσης ημερήσιος ρυθμός εξάτμισης, δηλαδή η αναλογία της ποσότητας του υγρού που εξατμίζεται εντός 24 ωρών προς τον ονομαστικό όγκο του δοχείου.

Η επίδραση της πίεσης στον ημερήσιο ρυθμό εξάτμισης αντανακλάται κυρίως στη διαφορά θερμοκρασίας και στη λανθάνουσα θερμότητα της εξάτμισης. Σε σταθερή κατάσταση, η πίεση κορεσμού Dewar αντιστοιχεί στη θερμοκρασία κορεσμού. Όσο υψηλότερη είναι η πίεση κορεσμού, τόσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία κορεσμού, τόσο μικρότερη είναι η διαφορά θερμοκρασίας με το περιβάλλον και τόσο μικρότερη είναι η μεταφορά θερμότητας. Αλλά ταυτόχρονα, η λανθάνουσα θερμότητα της εξάτμισης υπό την πίεση κορεσμού μειώνεται επίσης και ο ημερήσιος ρυθμός εξάτμισης είναι ο λόγος της μεταφοράς θερμότητας προς τη λανθάνουσα θερμότητα της εξάτμισης. Ως εκ τούτου, είναι απαραίτητο να διεξαχθεί ποιοτική και ποσοτική ανάλυση του ημερήσιου ρυθμού εξάτμισης μέσω πειραμάτων, ώστε να δοθεί μια βάση για πρακτικές εφαρμογές μηχανικής.

2. Πειραματική συσκευή και πειραματική διαδικασία

2.1 Εισαγωγή στην πειραματική συσκευή

Σε αυτό το πείραμα, ο μετρητής ροής μάζας χρησιμοποιήθηκε για τη μέτρηση της ροής μάζας του Dewar υπό πέντε διαφορετικές πιέσεις και στη συνέχεια υπολογίστηκε ο ημερήσιος ρυθμός εξάτμισης. Το Dewar που χρησιμοποιήθηκε στο πείραμα είναι ένα αδιαβατικό πολυστρωματικό Dewar χαμηλής θερμοκρασίας υψηλού κενού 175 L που παράγεται από εγχώριο κατασκευαστή.

Η δομή στήριξης Dewar, η εσωτερική δεξαμενή και το εξωτερικό κέλυφος είναι όλα κατασκευασμένα από ωστενιτικό ανοξείδωτο χάλυβα και υιοθετείται η μέθοδος θερμομόνωσης πολλαπλών στρωμάτων υψηλού κενού και τα θερμομονωτικά υλικά είναι φύλλο αλουμινίου και ίνες γυαλιού. Το επάνω μέρος του Dewar είναι εξοπλισμένο με μια βαλβίδα εισόδου και εξόδου υγρού, μια βαλβίδα αέρα, μια ενισχυτική βαλβίδα και μια βαλβίδα εξαερισμού, και ένας αυτοενισχυτής και ένας ατμοποιητής είναι εγκατεστημένοι στο εσωτερικό. Ο γεωμετρικός όγκος είναι 175L, ο ενεργός όγκος είναι 157L. η εσωτερική διάμετρος της επένδυσης είναι 450 mm. η εσωτερική διάμετρος του κελύφους είναι 500mm

Το μήκος του εύκαμπτου σωλήνα μεταξύ της βαλβίδας ρύθμισης πίεσης και του ροόμετρου είναι 5 μέτρα, το οποίο παίζει το ρόλο της εξάτμισης και της μείωσης της πίεσης. Επιπλέον, πρέπει να σημειωθεί ότι το όργανο που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της ροής στο πείραμα είναι ένας μετρητής ροής μάζας του μοντέλου M-5SLPM-D που παράγεται από την Alicat Scientific στις Ηνωμένες Πολιτείες, με ακρίβεια ±0,05SLPM (τυπικό λίτρο /λεπτό), και μπορεί αυτόματα Τα δεδομένα καταγράφονται, ώστε οι απαιτήσεις μέτρησης να πληρούνται πλήρως.

2.2 Διαδικασία μέτρησης

(1) Το μέσο δοκιμής είναι υγρό άζωτο και ο ρυθμός πλήρωσης είναι 90%. Ανοίξτε τη βαλβίδα εξαερισμού Dewar, κλείστε άλλες βαλβίδες στο Dewar και αφήστε το να σταθεί για 48 ώρες.

(2) Όταν η πίεση στο εσωτερικό του Dewar είναι σταθερή σε κανονική πίεση, συνδέστε τον εύκαμπτο σωλήνα στη βαλβίδα εξαερισμού και συνδέστε το μετρητή ροής μάζας. Δώστε προσοχή στη στεγανότητα της σύνδεσης.

(3) Αφού παρατηρήσετε ότι η ροή υγρού αερίου αζώτου είναι σταθερή, ξεκινήστε την καταγραφή δεδομένων.

(4) Το ροόμετρο μάζας καταγράφει συνεχώς για 48 ώρες.

(5) Μετά τη μέτρηση της ατμοσφαιρικής πίεσης, κλείστε τη βαλβίδα εξαερισμού, αποσυνδέστε τον εύκαμπτο σωλήνα από τη βαλβίδα εξαερισμού και συνδέστε τη βαλβίδα ρύθμισης πίεσης στη βαλβίδα εξαερισμού.

(6) Όταν η βαλβίδα εξαερισμού είναι κλειστή, ανοίξτε την ενισχυτική βαλβίδα Dewar. Όταν η πίεση του μετρητή Dewar δείχνει περίπου 0,3Mpa, κλείστε τη βαλβίδα ενίσχυσης.

(7) Ρυθμίστε τη βαλβίδα ρύθμισης πίεσης, ρυθμίστε την πίεση ανοίγματος της βαλβίδας ρύθμισης πίεσης στα 0,23Mpa και αφήστε τη να σταθεί για 24 ώρες.

(8) Μετά τη σταθεροποίηση, συνδέστε τον εύκαμπτο σωλήνα στη βαλβίδα ρύθμισης πίεσης, συνδέστε το μετρητή ροής μάζας και ξεκινήστε την εγγραφή δεδομένων.

(9) Μετά την εγγραφή για 48 ώρες, κλείστε τη βαλβίδα εξαερισμού, πιέστε ξανά και επαναλάβετε τα βήματα (6) έως (8) για να καταγράψετε τον ρυθμό ροής μάζας υπό την πίεση Dewar των 0,54MPa, 1,08MPa και 1,47Mpa

3. Πειραματικά αποτελέσματα και ανάλυση

Οι πέντε πιέσεις στο πείραμα είναι: κανονική πίεση, 0,23 MPa, 0,54 MPa, 1,08 Mpa και 1,47 Mpa. Για να γίνουν τα πειραματικά αποτελέσματα πιο ακριβή, κάθε πίεση καταγράφεται συνεχώς για 48 ώρες

Υπό στατικές και σταθερές συνθήκες φυσικής εκκένωσης, ο ημερήσιος ρυθμός εξάτμισης αυξάνεται με την αύξηση της πίεσης Dewar. Αυτό είναι ακριβώς το αντίθετο από αυτό που συμβαίνει σε συνθήκες πίεσης. Με απλά λόγια, καθώς αυξάνεται η πίεση, αυξάνεται η αντίστοιχη θερμοκρασία κορεσμού, η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του υγρού στο Dewar και του περιβάλλοντος μειώνεται και η μεταφορά θερμότητας μειώνεται. Αλλά ταυτόχρονα, η λανθάνουσα θερμότητα της εξάτμισης μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας κορεσμού. Αυτό οδηγεί σε ένα εντελώς αντίθετο συμπέρασμα από την κατάσταση διατήρησης της πίεσης.

Μπορούμε επίσης να βγάλουμε ένα σημαντικό συμπέρασμα: η επίδραση των αλλαγών στο εξωτερικό περιβάλλον στον ημερήσιο ρυθμό εξάτμισης καθυστερεί με το χρόνο. Η θερμοκρασία περιβάλλοντος φτάνει στο ελάχιστο περίπου στις τρεις η ώρα το πρωί, θεωρητικά μιλώντας, ο ρυθμός εξάτμισης θα πρέπει να είναι ο ελάχιστος αυτή τη στιγμή και ο ρυθμός εξάτμισης στο Σχήμα 4 φτάνει στην ελάχιστη τιμή στις επτά το πρωί. Ομοίως, η θερμοκρασία περιβάλλοντος είναι η υψηλότερη στις δύο η ώρα το μεσημέρι, ενώ στο Σχήμα 4 Ο ρυθμός εξάτμισης φτάνει στην υψηλότερη τιμή στις δέκα η ώρα το βράδυ. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η θερμομονωτική απόδοση του Dewar που χρησιμοποιήθηκε στο πείραμα είναι πολύ καλή και χρειάζεται ένα χρονικό διάστημα για να έχει σημαντική επίδραση η αλλαγή της θερμοκρασίας περιβάλλοντος στον ρυθμό εξάτμισης του Dewar.