Относно дневната скорост на изпарение по Dewar при ниска температура

Ежедневната скорост на изпарение на Dewar е най-важният технически параметър за оценка на топлоизолационните характеристики на Dewar, който може по-интуитивно да отразява ефективността на Dewar при студено запазване. Националният стандарт изисква горната граница на статичната дневна скорост на изпарение (работно налягане 1,0-1,6Mpa) на високовакуумния многослоен адиабатен Dewar, съдържащ течен азот, вижте таблица 1:

Таблица 1 Горна граница на статична дневна скорост на изпарение на многослоен адиабатен Дюар с висок вакуум

От голямо значение за проектирането и работата на Dewar е да се изследват промените в температурата и налягането в Dewar и да се определи дневната скорост на изпарение на Dewar при работно налягане чрез експерименти. Тази статия обсъжда ефекта на налягането на Дюар върху дневната скорост на изпарение и количествено разкрива закона за промяна на дневната скорост на изпарение с налягане чрез експериментални изследвания.

1 Влияние на налягането върху дневната скорост на изпарение

Най-общо казано, скоростта на изпарение на криогенен контейнер се отнася до скоростта на изпарение на подходящо количество криогенна течност, съдържаща се в контейнера, след достигане на термично равновесие при стандартни условия (0°C). Обикновено се изчислява чрез, така че се нарича още дневна скорост на изпарение, т.е. съотношението на количеството течност, изпарено в рамките на 24 часа, към номиналния обем на контейнера.

Влиянието на налягането върху дневната скорост на изпарение се отразява главно в температурната разлика и латентната топлина на изпарение. В стационарно състояние налягането на насищане по Дюар съответства на температурата на насищане. Колкото по-високо е налягането на насищане, толкова по-висока е температурата на насищане, толкова по-малка е температурната разлика с околната среда и толкова по-малък е преносът на топлина. Но в същото време латентната топлина на изпарение под налягането на насищане също се намалява, а дневната скорост на изпарение е съотношението на преноса на топлина към латентната топлина на изпарение. Следователно е необходимо да се извърши качествен и количествен анализ на дневната скорост на изпарение чрез експерименти, за да се осигури основа за практически инженерни приложения.

2. Експериментално устройство и експериментален процес

2.1 Въведение в експерименталното устройство

В този експеримент масовият разходомер беше използван за измерване на масовия поток на Дюар при пет различни налягания и след това беше изчислена дневната скорост на изпарение. Дюар, използван в експеримента, е 175L нискотемпературен високовакумен многослоен адиабатен Дюар, произведен от местен производител.

Носещата конструкция на Dewar, вътрешният резервоар и външната обвивка са изработени от аустенитна неръждаема стомана и е възприет методът за многослойна топлоизолация с висок вакуум, а топлоизолационните материали са алуминиево фолио и стъклени влакна. Горната част на Dewar е оборудвана с входящ и изходящ клапан за течност, въздушен клапан, бустерен клапан и вентилационен клапан, а вътре са монтирани самобустер и изпарител. Геометричният обем е 175L, ефективният обем е 157L; вътрешният диаметър на обшивката е 450 mm; вътрешният диаметър на черупката е 500 мм

Дължината на маркуча между клапана за регулиране на налягането и разходомера е 5 метра, което играе ролята на изпаряване и намаляване на налягането. Освен това трябва да се отбележи, че инструментът, използван за измерване на потока в експеримента, е масов разходомер от модела M-5SLPM-D, произведен от Alicat Scientific в Съединените щати, с точност от ±0,05SLPM (стандартен литър /минута) и може автоматично Данните се записват, така че изискванията за измерване са напълно изпълнени.

2.2 Процедура на измерване

(1) Тестовата среда е течен азот и степента на запълване е 90%. Отворете вентила на Дюар, затворете другите клапани на Дюар и оставете да престои 48 часа;

(2) Когато налягането вътре в съда на Дюар е стабилно при нормално налягане, свържете маркуча към вентилационния клапан и свържете масовия разходомер. Обърнете внимание на плътността на връзката;

(3) След като се установи, че потокът от течен азот е стабилен, започнете да записвате данни;

(4) Масовият разходомер записва непрекъснато в продължение на 48 часа;

(5) След измерване на атмосферното налягане затворете обезвъздушителния клапан, разкачете маркуча от обезвъздушителния клапан и свържете регулиращия налягането клапан към обезвъздушителния клапан;

(6) Когато вентилационният клапан е затворен, отворете бустерния клапан на Дюар. Когато манометричното налягане на Дюар покаже около 0,3Mpa, затворете бустерния клапан;

(7) Регулирайте клапана за регулиране на налягането, регулирайте налягането на отваряне на клапана за регулиране на налягането до 0,23Mpa и го оставете да престои 24 часа;

(8) След стабилизиране свържете маркуча към клапана за регулиране на налягането, свържете масовия разходомер и започнете да записвате данни.

(9) След запис в продължение на 48 часа затворете вентилационния клапан, херметизирайте отново и повторете стъпки (6) до (8), за да запишете масовия дебит при налягане на Дюар от 0,54MPa, 1,08MPa и 1,47Mpa

3. Експериментални резултати и анализ

Петте налягания в експеримента са: нормално налягане, 0,23 MPa, 0,54 MPa, 1,08 Mpa и 1,47 Mpa. За да бъдат експерименталните резултати по-точни, всяко налягане се записва непрекъснато в продължение на 48 часа

При статични и стабилни условия на естествен разряд дневната скорост на изпарение се увеличава с увеличаване на налягането на Дюар. Това е точно обратното на това, което се случва при условия на натиск. С прости думи, с увеличаване на налягането, съответната температура на насищане се увеличава, температурната разлика между течността в съда на Дюар и околната среда намалява и преносът на топлина намалява. Но в същото време латентната топлина на изпарение намалява с повишаването на температурата на насищане. Това води до напълно противоположно заключение на условието за задържане на налягането.

Можем да направим и важен извод: влиянието на промените във външната среда върху дневната скорост на изпарение е забавено във времето. Температурата на околната среда достига минимума около три часа сутринта, теоретично погледнато, скоростта на изпарение трябва да бъде минимална в този момент, а скоростта на изпарение на фигура 4 достига минималната стойност в седем часа сутринта; по подобен начин температурата на околната среда е най-висока в два часа следобед, докато на фигура 4 Скоростта на изпарение достига най-високата си стойност в десет часа вечерта. Това е така, защото топлоизолационните характеристики на използвания в експеримента съд на Дюар са много добри и е необходим период от време, преди промяната на околната температура да окаже значително влияние върху скоростта на изпарение на съда на Дюар.