Tasso di evaporazione giornaliero Dewar a bassa temperatura

Il tasso di evaporazione giornaliero di Dewar è il parametro tecnico più importante per valutare le prestazioni di isolamento termico di Dewar, che può riflettere in modo più intuitivo le prestazioni di conservazione a freddo di Dewar. Lo standard nazionale richiede il limite superiore del tasso di evaporazione giornaliera statica (pressione di esercizio 1,0-1,6 Mpa) del Dewar adiabatico multistrato ad alto vuoto contenente azoto liquido, vedere Tabella 1:

Tabella 1 Limite superiore della velocità di evaporazione giornaliera statica del Dewar adiabatico multistrato ad alto vuoto

È di grande importanza per la progettazione e il funzionamento di Dewar studiare i cambiamenti di temperatura e pressione in Dewar e determinare il tasso di evaporazione giornaliero di Dewar sotto pressione di esercizio attraverso esperimenti. Questo documento discute l'effetto della pressione di Dewar sul tasso di evaporazione giornaliero e rivela quantitativamente la legge di variazione del tasso di evaporazione giornaliero con la pressione attraverso la ricerca sperimentale.

1 Effetto della pressione sul tasso di evaporazione giornaliero

In generale, la velocità di evaporazione di un contenitore criogenico si riferisce alla velocità di evaporazione di un'opportuna quantità di liquido criogenico contenuto nel contenitore dopo aver raggiunto l'equilibrio termico in condizioni standard (0°C). Viene generalmente calcolato da , quindi è anche chiamato tasso di evaporazione giornaliero, ovvero il rapporto tra la quantità di liquido evaporato nelle 24 ore e il volume nominale del contenitore.

L'influenza della pressione sul tasso di evaporazione giornaliero si riflette principalmente nella differenza di temperatura e nel calore latente di vaporizzazione. Allo stato stazionario, la pressione di saturazione del Dewar corrisponde alla temperatura di saturazione. Maggiore è la pressione di saturazione, maggiore è la temperatura di saturazione, minore è la differenza di temperatura con l'ambiente e minore è il trasferimento di calore. Ma allo stesso tempo, anche il calore latente di vaporizzazione sotto la pressione di saturazione viene ridotto e il tasso di evaporazione giornaliero è il rapporto tra il trasferimento di calore e il calore latente di vaporizzazione. Pertanto, è necessario condurre analisi qualitative e quantitative sul tasso di evaporazione giornaliero attraverso esperimenti per fornire una base per applicazioni ingegneristiche pratiche.

2. Dispositivo sperimentale e processo sperimentale

2.1 Introduzione al dispositivo sperimentale

In questo esperimento, il flussometro di massa è stato utilizzato per misurare il flusso di massa di Dewar a cinque diverse pressioni, quindi è stato calcolato il tasso di evaporazione giornaliero. Il Dewar utilizzato nell'esperimento è un Dewar adiabatico multistrato a bassa temperatura ad alto vuoto da 175 litri prodotto da un produttore nazionale.

La struttura portante Dewar, il serbatoio interno e il guscio esterno sono tutti realizzati in acciaio inossidabile austenitico e viene adottato il metodo di isolamento termico multistrato ad alto vuoto ei materiali di isolamento termico sono fogli di alluminio e fibra di vetro. La parte superiore del Dewar è dotata di una valvola di ingresso e uscita del liquido, una valvola dell'aria, una valvola booster e una valvola di sfiato, e all'interno sono installati un self-booster e un vaporizzatore. Il volume geometrico è 175L, il volume effettivo è 157L; il diametro interno del rivestimento è di 450 mm; il diametro interno del guscio è di 500 mm

La lunghezza del tubo tra la valvola di regolazione della pressione e il flussometro è di 5 metri, che svolge il ruolo di vaporizzazione e riduzione della pressione. Inoltre, va notato che lo strumento utilizzato per misurare il flusso nell'esperimento è un flussometro di massa del modello M-5SLPM-D prodotto da Alicat Scientific negli Stati Uniti, con una precisione di ±0,05SLPM (standard litro /minuto) e può automaticamente I dati vengono registrati, quindi i requisiti di misurazione sono pienamente soddisfatti.

2.2 Procedura di misurazione

(1) Il mezzo di prova è azoto liquido e il tasso di riempimento è del 90%. Aprire la valvola di sfiato del Dewar, chiudere le altre valvole del Dewar e lasciar riposare per 48 ore;

(2) Quando la pressione all'interno del Dewar è stabile alla pressione normale, collegare il tubo alla valvola di sfiato e collegare il flussometro di massa. Prestare attenzione alla tenuta della connessione;

(3) Dopo aver osservato che il flusso di azoto liquido è stabile, iniziare a registrare i dati;

(4) Il flussometro di massa registra continuamente per 48 ore;

(5) Dopo la misurazione della pressione atmosferica, chiudere la valvola di sfiato, scollegare il tubo dalla valvola di sfiato e collegare la valvola di regolazione della pressione alla valvola di sfiato;

(6) Quando la valvola di sfiato è chiusa, aprire la valvola booster Dewar. Quando la pressione del manometro Dewar mostra circa 0,3Mpa, chiudere la valvola di aumento pressione;

(7) Regolare la valvola di regolazione della pressione, regolare la pressione di apertura della valvola di regolazione della pressione a 0,23 MPa e lasciarla riposare per 24 ore;

(8) Dopo la stabilizzazione, collegare il tubo alla valvola di regolazione della pressione, collegare il flussometro di massa e avviare la registrazione dei dati.

(9) Dopo aver registrato per 48 ore, chiudere la valvola di sfiato, pressurizzare nuovamente e ripetere i passaggi da (6) a (8) per registrare la portata massica alla pressione Dewar di 0,54 MPa, 1,08 MPa e 1,47 MPa

3. Risultati sperimentali e analisi

Le cinque pressioni nell'esperimento sono: pressione normale, 0,23 MPa, 0,54 MPa, 1,08 Mpa e 1,47 Mpa. Al fine di rendere i risultati sperimentali più accurati, ogni pressione viene registrata continuamente per 48 ore

In condizioni di portata naturale statica e stabile, il tasso di evaporazione giornaliero aumenta con l'aumento della pressione Dewar. Questo è esattamente l'opposto di ciò che accade in condizioni di pressione. In termini semplici, all'aumentare della pressione, la corrispondente temperatura di saturazione aumenta, la differenza di temperatura tra il liquido nel Dewar e l'ambiente diminuisce e il trasferimento di calore diminuisce. Ma allo stesso tempo, il calore latente di vaporizzazione diminuisce con l'aumentare della temperatura di saturazione. Ciò porta a una conclusione completamente opposta alla condizione di mantenimento della pressione.

Possiamo anche trarre un'importante conclusione: l'impatto dei cambiamenti nell'ambiente esterno sul tasso di evaporazione giornaliero è ritardato nel tempo. La temperatura ambiente raggiunge il minimo intorno alle tre del mattino, teoricamente parlando, il tasso di evaporazione dovrebbe essere il minimo in questo momento, e il tasso di evaporazione in Figura 4 raggiunge il valore minimo alle sette del mattino; analogamente, la temperatura ambiente è massima alle due del pomeriggio, mentre nella figura 4 il tasso di evaporazione raggiunge il suo valore massimo alle dieci di sera. Questo perché le prestazioni di isolamento termico del Dewar utilizzato nell'esperimento sono molto buone e occorre un periodo di tempo affinché il cambiamento della temperatura ambiente abbia un impatto significativo sul tasso di evaporazione del Dewar.