Az alacsony hőmérsékletű Dewar napi párolgási sebességről

A Dewar napi párolgási sebessége a legfontosabb műszaki paraméter a Dewar hőszigetelési teljesítményének értékeléséhez, amely intuitívabban tükrözi a Dewar hidegen tartósító teljesítményét. A nemzeti szabvány előírja a statikus napi párolgási sebesség felső határát (üzemi nyomás 1,0-1,6 Mpa) a nagyvákuumú, többrétegű, folyékony nitrogént tartalmazó adiabatikus Dewar esetében, lásd az 1. táblázatot:

1. táblázat Nagyvákuumú többrétegű adiabatikus Dewar statikus napi párolgási sebességének felső határa

A Dewar tervezése és működése szempontjából nagy jelentőséggel bír a Dewar hőmérséklet- és nyomásváltozásainak tanulmányozása, valamint a Dewar napi párolgási sebességének kísérleti meghatározása üzemi nyomáson. Ez a cikk a Dewar-nyomás hatását tárgyalja a napi párolgási sebességre, és kvantitatív módon feltárja a napi párolgási sebesség és a nyomás változási törvényét kísérleti kutatásokon keresztül.

1 A nyomás hatása a napi párolgási sebességre

Általánosságban elmondható, hogy a kriogén tartály párolgási sebessége a tartályban lévő megfelelő mennyiségű kriogén folyadék párolgási sebességére vonatkozik, miután standard körülmények között (0 °C) elérte a termikus egyensúlyt. Általában kal számítják ki, ezért nevezik napi párolgási sebességnek is, vagyis a 24 órán belül elpárolgott folyadék mennyiségének a tartály névleges térfogatához viszonyított arányát.

A nyomásnak a napi párolgási sebességre gyakorolt ​​hatása elsősorban a hőmérséklet-különbségben és a párologtatás látens hőjében mutatkozik meg. Állandósult állapotban a Dewar telítési nyomás megfelel a telítési hőmérsékletnek. Minél nagyobb a telítési nyomás, annál magasabb a telítési hőmérséklet, annál kisebb a hőmérséklet-különbség a környezethez képest, és annál kisebb a hőátadás. Ugyanakkor a telítési nyomás alatti párolgási hő is csökken, és a napi párolgási sebesség a hőátadás és a párologtatás látens hőjének aránya. Ezért szükséges a napi párolgási sebesség kvalitatív és kvantitatív elemzése kísérleteken keresztül, hogy a gyakorlati mérnöki alkalmazások alapja legyen.

2. Kísérleti eszköz és kísérleti folyamat

2.1 A kísérleti eszköz bemutatása

Ebben a kísérletben a tömegáram-mérővel mértük a Dewar tömegáramát öt különböző nyomáson, majd kiszámítottuk a napi párolgási sebességet. A kísérletben használt Dewar egy hazai gyártó által gyártott, 175 literes alacsony hőmérsékletű, magas vákuumú, többrétegű adiabatikus Dewar.

A Dewar tartószerkezet, a belső tartály és a külső héj mind ausztenites rozsdamentes acélból készülnek, és a nagyvákuumú többrétegű hőszigetelési módszert alkalmazzák, a hőszigetelő anyagok pedig alumíniumfólia és üvegszál. A Dewar felső része folyadék bemeneti és kimeneti szeleppel, légszeleppel, nyomásfokozó szeleppel és légtelenítő szeleppel van felszerelve, belül pedig önerősítő és párologtató található. A geometriai térfogat 175L, a tényleges térfogat 157L; a bélés belső átmérője 450 mm; a héj belső átmérője 500 mm

A nyomásszabályozó szelep és az áramlásmérő közötti tömlő hossza 5 méter, amely a párologtatás és a nyomáscsökkentés szerepét tölti be. Ezenkívül meg kell jegyezni, hogy a kísérletben az áramlás mérésére használt műszer az Alicat Scientific által az Egyesült Államokban gyártott M-5SLPM-D modell tömegáram-mérője, ±0,05 SLPM (standard liter) pontossággal. /perc), és automatikusan tud Az adatok rögzítésre kerülnek, így a mérési követelmények maradéktalanul teljesülnek.

2.2 Mérési eljárás

(1) A vizsgálati közeg folyékony nitrogén, és a töltési sebesség 90%. Nyissa ki a Dewar légtelenítő szelepét, zárja el a Dewar többi szelepét, és hagyja állni 48 órán át;

(2) Ha a Dewar belsejében a nyomás normál nyomáson stabil, csatlakoztassa a tömlőt a légtelenítő szelephez, és csatlakoztassa a tömegáram-mérőt. Ügyeljen a csatlakozás szorosságára;

(3) Miután megfigyelte, hogy a folyékony nitrogéngáz áramlása stabil, kezdje meg az adatok rögzítését;

(4) A tömegáramlásmérő 48 órán keresztül folyamatosan rögzít;

(5) A légköri nyomás mérése után zárja el a légtelenítő szelepet, válassza le a tömlőt a légtelenítő szelepről, és csatlakoztassa a nyomásszabályozó szelepet a légtelenítő szelephez;

(6) Amikor a légtelenítő szelep zárva van, nyissa ki a Dewar nyomásfokozó szelepet. Amikor a Dewar-nyomás 0,3 Mpa körüli értéket mutat, zárja el a nyomásfokozó szelepet;

(7) Állítsa be a nyomásszabályozó szelepet, állítsa a nyomásszabályozó szelep nyitási nyomását 0,23 Mpa-ra, és hagyja állni 24 órán át;

(8) A stabilizálás után csatlakoztassa a tömlőt a nyomásszabályozó szelephez, csatlakoztassa a tömegáram-mérőt, és kezdje el az adatok rögzítését.

(9) 48 órás rögzítés után zárja el a légtelenítő szelepet, állítsa be ismét a nyomást, és ismételje meg a (6)–(8) lépéseket a tömegáram rögzítéséhez 0,54 MPa, 1,08 MPa és 1,47 MPa Dewar nyomás mellett.

3. Kísérleti eredmények és elemzés

A kísérletben szereplő öt nyomás a következő: normál nyomás, 0,23 MPa, 0,54 MPa, 1,08 MPa és 1,47 MPa. A kísérleti eredmények pontosabbá tétele érdekében minden nyomást 48 órán keresztül folyamatosan rögzítünk

Statikus és stabil természetes kisülési körülmények között a napi párolgási sebesség a Dewar-nyomás növekedésével növekszik. Ez pontosan az ellenkezője annak, ami nyomás alatt történik. Egyszerűen fogalmazva, a nyomás növekedésével a megfelelő telítési hőmérséklet nő, a Dewarban lévő folyadék és a környezet közötti hőmérsékletkülönbség csökken, és a hőátadás csökken. Ugyanakkor a párolgási hő a telítési hőmérséklet emelkedésével csökken. Ez a nyomástartási feltétellel teljesen ellentétes következtetéshez vezet.

Egy fontos következtetést is levonhatunk: a külső környezet változásainak a napi párolgási sebességre gyakorolt ​​hatása idővel késik. A környezeti hőmérséklet hajnali három óra körül éri el a minimumot, elméletileg a párolgási sebességnek ekkor kell lennie a minimumnak, a 4. ábrán látható párolgási sebesség pedig reggel hét órakor éri el a minimális értéket; ehhez hasonlóan a környezeti hőmérséklet délután két órakor a legmagasabb, míg a 4. ábrán a párolgási sebesség este tíz órakor éri el a legmagasabb értékét. Ennek oka, hogy a kísérletben használt Dewar hőszigetelő képessége nagyon jó, és időbe telik, amíg a környezeti hőmérséklet változása jelentősen befolyásolja a Dewar párolgási sebességét.