Düşük Sıcaklık Dewar Günlük Buharlaşma Oranı Hakkında

Dewar'ın günlük buharlaşma oranı, Dewar'ın ısı yalıtım performansını değerlendirmek için en önemli teknik parametredir ve bu, Dewar'ın soğukta koruma performansını daha sezgisel olarak yansıtabilir. Ulusal standart, sıvı nitrojen içeren yüksek vakumlu çok katmanlı adyabatik Dewar'ın statik günlük buharlaşma oranının (çalışma basıncı 1.0-1.6Mpa) üst sınırını gerektirir, bkz. Tablo 1:

Tablo 1 Yüksek vakumlu çok katmanlı adyabatik Dewar'ın statik günlük buharlaşma hızının üst sınırı

Dewar'daki sıcaklık ve basınç değişimlerinin incelenmesi ve Dewar'ın çalışma basıncı altında günlük buharlaşma hızının deneylerle belirlenmesi Dewar'ın tasarımı ve işletilmesi açısından büyük önem taşımaktadır. Bu makale, Dewar basıncının günlük buharlaşma hızı üzerindeki etkisini tartışıyor ve deneysel araştırma yoluyla günlük buharlaşma hızının basınçla değişim yasasını nicel olarak ortaya koyuyor.

1 Basıncın günlük buharlaşma hızına etkisi

Genel olarak konuşursak, bir kriyojenik kabın buharlaşma hızı, standart koşullar altında (0°C) termal dengeye ulaştıktan sonra kapta bulunan uygun miktarda kriyojenik sıvının buharlaşma hızına karşılık gelir. Genellikle ile hesaplanır, bu nedenle günlük buharlaşma hızı, yani 24 saat içinde buharlaşan sıvı miktarının kabın nominal hacmine oranı olarak da adlandırılır.

Basıncın günlük buharlaşma hızı üzerindeki etkisi, esas olarak sıcaklık farkı ve gizli buharlaşma ısısına yansır. Kararlı durumda, Dewar doyma basıncı, doyma sıcaklığına karşılık gelir. Doyma basıncı ne kadar yüksek olursa, doyma sıcaklığı o kadar yüksek olur, çevre ile sıcaklık farkı o kadar küçük olur ve ısı transferi o kadar küçük olur. Ancak aynı zamanda, doyma basıncı altındaki gizli buharlaşma ısısı da azalır ve günlük buharlaşma hızı, ısı transferinin gizli buharlaşma ısısına oranıdır. Bu nedenle pratik mühendislik uygulamalarına temel oluşturacak deneylerle günlük buharlaşma hızının kalitatif ve kantitatif analizlerinin yapılması gerekmektedir.

2. Deneysel cihaz ve deneysel süreç

2.1 Deneysel cihaza giriş

Bu deneyde, beş farklı basınç altında Dewar'ın kütle akışını ölçmek için kütle akış ölçer kullanıldı ve ardından günlük buharlaşma hızı hesaplandı. Deneyde kullanılan Dewar, yerli bir üretici tarafından üretilen 175L düşük sıcaklıkta yüksek vakumlu çok katmanlı adyabatik Dewar'dır.

Dewar destek yapısı, iç tank ve dış kabuğun tamamı östenitik paslanmaz çelikten yapılmıştır ve yüksek vakumlu çok katmanlı ısı yalıtım yöntemi benimsenmiştir ve ısı yalıtım malzemeleri alüminyum folyo ve cam elyaftır. Dewar'ın üst kısmı bir sıvı giriş ve çıkış valfi, bir hava valfi, bir takviye valfi ve bir havalandırma valfi ile donatılmıştır ve içine bir self-booster ve bir vaporizatör yerleştirilmiştir. Geometrik hacim 175L, etkili hacim 157L'dir; astarın iç çapı 450 mm'dir; kabuğun iç çapı 500 mm'dir

Basınç ayar valfi ile debimetre arasındaki hortumun uzunluğu 5 metre olup buharlaşma ve basınç düşürme görevi görür. Ek olarak, deneyde akışı ölçmek için kullanılan aletin, Amerika Birleşik Devletleri'nde Alicat Scientific tarafından üretilen M-5SLPM-D modelinde ±0,05SLPM (standart litre) hassasiyete sahip bir kütle akış ölçer olduğu unutulmamalıdır. /dakika) ve otomatik olarak Veriler kaydedilir, böylece ölçüm gereksinimleri tamamen karşılanır.

2.2 Ölçüm prosedürü

(1) Test ortamı sıvı nitrojendir ve dolum oranı %90'dır. Dewar havalandırma valfini açın, Dewar üzerindeki diğer valfleri kapatın ve 48 saat bekletin;

(2) Dewar içindeki basınç normal basınçta sabit olduğunda, hortumu havalandırma valfine bağlayın ve kütle akış ölçeri bağlayın. Bağlantının sıkılığına dikkat edin;

(3) Sıvı nitrojen gazı akışının sabit olduğunu gözlemledikten sonra verileri kaydetmeye başlayın;

(4) Kütle akış ölçer 48 saat boyunca sürekli kayıt yapar;

(5) Atmosfer basıncı ölçümünden sonra, havalandırma valfini kapatın, hortumu havalandırma valfinden ayırın ve basınç ayar valfini havalandırma valfine bağlayın;

(6) Havalandırma valfi kapalıyken, Dewar destek valfini açın. Dewar gösterge basıncı 0,3Mpa civarında göründüğünde, destek valfini kapatın;

(7) Basınç ayar valfini ayarlayın, basınç ayar valfinin açılış basıncını 0,23Mpa'ya ayarlayın ve 24 saat bekletin;

(8) Stabilizasyondan sonra hortumu basınç düzenleme valfine bağlayın, kütle akış ölçeri bağlayın ve verileri kaydetmeye başlayın.

(9) 48 saatlik kayıttan sonra havalandırma valfini kapatın, tekrar basınç uygulayın ve 0,54MPa, 1,08MPa ve 1,47Mpa Dewar basıncı altında kütle akış hızını kaydetmek için (6) ila (8) adımlarını tekrarlayın.

3. Deneysel sonuçlar ve analiz

Deneydeki beş basınç şunlardır: normal basınç, 0,23 MPa, 0,54 MPa, 1,08 Mpa ve 1,47 Mpa. Deneysel sonuçların daha doğru olması için her basınç 48 saat boyunca sürekli olarak kaydedilir.

Statik ve kararlı doğal deşarj koşullarında, Dewar basıncının artmasıyla günlük buharlaşma hızı artar. Bu, basınç koşullarında olanın tam tersidir. Basit bir ifadeyle, basınç arttıkça buna karşılık gelen doyma sıcaklığı artar, Dewar'daki sıvı ile ortam arasındaki sıcaklık farkı azalır ve ısı transferi azalır. Ancak aynı zamanda, doyma sıcaklığının artmasıyla gizli buharlaşma ısısı azalır. Bu, basınç tutma koşulunun tamamen zıt bir sonucuna yol açar.

Ayrıca önemli bir sonuç çıkarabiliriz: Dış ortamdaki değişikliklerin günlük buharlaşma hızı üzerindeki etkisi zamanla gecikir. Ortam sıcaklığı sabah saat üç civarında minimuma ulaşır, teorik olarak konuşursak, buharlaşma oranı bu saatte minimum olmalıdır ve Şekil 4'teki buharlaşma oranı sabah saat yedide minimum değere ulaşır; Benzer şekilde, ortam sıcaklığı öğleden sonra saat ikide en yüksek iken, Şekil 4'te buharlaşma oranı akşam saat onda en yüksek değerine ulaşır. Bunun nedeni, deneyde kullanılan Dewar'ın ısı yalıtım performansının çok iyi olması ve ortam sıcaklığındaki değişimin Dewar'ın buharlaşma hızı üzerinde önemli bir etkiye sahip olması için belirli bir süre geçmesidir.