Despre Rata zilnică de evaporare Dewar la temperatură scăzută

Rata zilnică de evaporare a lui Dewar este cel mai important parametru tehnic pentru evaluarea performanței de izolare termică a lui Dewar, care poate reflecta mai intuitiv performanța de conservare la rece a lui Dewar. Standardul național necesită limita superioară a ratei zilnice de evaporare statică (presiune de lucru 1,0-1,6Mpa) a Dewar adiabatic multistrat în vid înalt care conține azot lichid, vezi Tabelul 1:

Tabelul 1 Limita superioară a ratei zilnice de evaporare statică a Dewar adiabatic multistrat în vid înalt

Este de mare importanță pentru proiectarea și funcționarea lui Dewar studierea modificărilor de temperatură și presiune în Dewar și determinarea ratei zilnice de evaporare a Dewar sub presiunea de lucru prin experimente. Această lucrare discută efectul presiunii Dewar asupra ratei zilnice de evaporare și dezvăluie cantitativ legea de variație a ratei zilnice de evaporare cu presiunea prin cercetări experimentale.

1 Efectul presiunii asupra ratei zilnice de evaporare

În general vorbind, viteza de evaporare a unui recipient criogenic se referă la viteza de evaporare a unei cantități adecvate de lichid criogenic conținut în recipient după atingerea echilibrului termic în condiții standard (0°C). În general, se calculează prin , deci se mai numește și rata de evaporare zilnică, adică raportul dintre cantitatea de lichid evaporată în 24 de ore și volumul nominal al recipientului.

Influența presiunii asupra ratei zilnice de evaporare se reflectă în principal în diferența de temperatură și căldura latentă de vaporizare. La starea de echilibru, presiunea de saturație Dewar corespunde temperaturii de saturație. Cu cât presiunea de saturație este mai mare, cu atât temperatura de saturație este mai mare, cu atât diferența de temperatură cu mediul este mai mică și transferul de căldură este mai mic. Dar, în același timp, căldura latentă de vaporizare sub presiunea de saturație este, de asemenea, redusă, iar rata zilnică de evaporare este raportul dintre transferul de căldură și căldura latentă de vaporizare. Prin urmare, este necesar să se efectueze analize calitative și cantitative asupra ratei zilnice de evaporare prin experimente pentru a oferi o bază pentru aplicații practice de inginerie.

2. Dispozitiv experimental și proces experimental

2.1 Introducere în dispozitivul experimental

În acest experiment, debitmetrul masic a fost folosit pentru a măsura debitul masic al Dewar la cinci presiuni diferite, iar apoi a fost calculată rata zilnică de evaporare. Dewarul utilizat în experiment este un Dewar adiabatic multistrat, la temperatură joasă, vid înalt, de 175 L, produs de un producător intern.

Structura de susținere Dewar, rezervorul interior și carcasa exterioară sunt toate realizate din oțel inoxidabil austenitic, iar metoda de izolare termică multistrat în vid înalt este adoptată, iar materialele termoizolante sunt folie de aluminiu și fibră de sticlă. Partea superioară a Dewar este echipată cu o supapă de intrare și de evacuare a lichidului, o supapă de aer, o supapă de rapel și o supapă de aerisire, iar în interior sunt instalate un autobooster și un vaporizator. Volumul geometric este de 175L, volumul efectiv este de 157L; diametrul interior al căptușelii este de 450 mm; diametrul interior al carcasei este de 500 mm

Lungimea furtunului dintre supapa de reglare a presiunii și debitmetru este de 5 metri, care joacă rolul de vaporizare și de reducere a presiunii. În plus, trebuie remarcat faptul că instrumentul utilizat pentru măsurarea debitului în experiment este un debitmetru masic al modelului M-5SLPM-D produs de Alicat Scientific în Statele Unite, cu o precizie de ±0,05SLPM (litru standard). /minut), și poate automat Datele sunt înregistrate, astfel încât cerințele de măsurare sunt îndeplinite pe deplin.

2.2 Procedura de măsurare

(1) Mediul de testare este azot lichid, iar rata de umplere este de 90%. Deschideți supapa de aerisire Dewar, închideți celelalte supape de pe Dewar și lăsați să stea timp de 48 de ore;

(2) Când presiunea din interiorul Dewar este stabilă la presiune normală, conectați furtunul la supapa de aerisire și conectați debitmetrul masic. Acordați atenție etanșeității conexiunii;

(3) După ce observați că debitul de gaz de azot lichid este stabil, începeți înregistrarea datelor;

(4) Debitmetrul masic înregistrează continuu timp de 48 de ore;

(5) După măsurarea presiunii atmosferice, închideți supapa de aerisire, deconectați furtunul de la supapa de aerisire și conectați supapa de reglare a presiunii la supapa de aerisire;

(6) Când supapa de aerisire este închisă, deschideți supapa de rapel Dewar. Când presiunea manometrică Dewar arată în jur de 0,3Mpa, închideți supapa de rapel;

(7) Reglați supapa de reglare a presiunii, reglați presiunea de deschidere a supapei de reglare a presiunii la 0,23Mpa și lăsați-o să stea timp de 24 de ore;

(8) După stabilizare, conectați furtunul la supapa de reglare a presiunii, conectați debitmetrul masic și începeți înregistrarea datelor.

(9) După înregistrarea timp de 48 de ore, închideți supapa de aerisire, presurizați din nou și repetați pașii (6) până la (8) pentru a înregistra debitul masic sub presiunea Dewar de 0,54 MPa, 1,08 MPa și 1,47 MPa.

3. Rezultate experimentale și analize

Cele cinci presiuni din experiment sunt: ​​presiune normală, 0,23 MPa, 0,54 MPa, 1,08 Mpa și 1,47 Mpa. Pentru a face rezultatele experimentale mai precise, fiecare presiune este înregistrată continuu timp de 48 de ore

În condiții de descărcare naturală statică și stabilă, rata zilnică de evaporare crește odată cu creșterea presiunii Dewar. Acesta este exact opusul a ceea ce se întâmplă în condiții de presiune. În termeni simpli, pe măsură ce presiunea crește, temperatura de saturație corespunzătoare crește, diferența de temperatură dintre lichidul din Dewar și mediu scade, iar transferul de căldură scade. Dar, în același timp, căldura latentă de vaporizare scade odată cu creșterea temperaturii de saturație. Aceasta conduce la o concluzie complet opusă condiției de menținere a presiunii.

De asemenea, putem trage o concluzie importantă: impactul schimbărilor din mediul extern asupra ratei zilnice de evaporare este întârziat în timp. Temperatura mediului ambiant atinge minim în jurul orei trei dimineața, teoretic vorbind, viteza de evaporare ar trebui să fie minimă în acest moment, iar rata de evaporare din Figura 4 atinge valoarea minimă la ora șapte dimineața; în mod similar, temperatura ambientală este cea mai ridicată la ora două după-amiaza, în timp ce în Figura 4 rata de evaporare atinge cea mai mare valoare la ora zece seara. Acest lucru se datorează faptului că performanța de izolare termică a Dewar utilizat în experiment este foarte bună și este nevoie de o perioadă de timp pentru ca schimbarea temperaturii ambientale să aibă un impact semnificativ asupra ratei de evaporare a Dewar.