О суточной скорости испарения Дьюара при низкой температуре

Ежедневная скорость испарения Дьюара является наиболее важным техническим параметром для оценки теплоизоляционных характеристик Дьюара, который может более интуитивно отражать характеристики Дьюара по сохранению холода. Национальный стандарт требует верхнего предела статической дневной скорости испарения (рабочее давление 1,0-1,6 МПа) высоковакуумного многослойного адиабатического сосуда Дьюара, содержащего жидкий азот, см. Таблицу 1:

Таблица 1 Верхний предел статической суточной скорости испарения высоковакуумного многослойного адиабатического сосуда Дьюара

Большое значение для конструкции и работы Дьюара имеет изучение изменений температуры и давления в Дьюаре, а также определение суточной скорости испарения Дьюара при рабочем давлении экспериментальным путем. В этой статье обсуждается влияние давления Дьюара на суточную скорость испарения и количественно выявляется закон изменения дневной скорости испарения в зависимости от давления посредством экспериментальных исследований.

1 Влияние давления на суточную скорость испарения

Вообще говоря, скорость испарения криогенного контейнера относится к скорости испарения соответствующего количества криогенной жидкости, содержащейся в контейнере, после достижения теплового равновесия в стандартных условиях (0°C). Обычно рассчитывается по , поэтому ее еще называют суточной скоростью испарения, то есть отношением количества жидкости, испарившейся за 24 часа, к номинальному объему емкости.

Влияние давления на суточную скорость испарения в основном отражается в перепаде температур и скрытой теплоте парообразования. В установившемся режиме давление насыщения Дьюара соответствует температуре насыщения. Чем выше давление насыщения, тем выше температура насыщения, меньше разница температур с окружающей средой и меньше теплопередача. Но при этом уменьшается и скрытая теплота парообразования под давлением насыщения, а суточная скорость испарения есть отношение теплоотдачи к скрытой теплоте парообразования. Следовательно, необходимо провести качественный и количественный анализ ежедневной скорости испарения с помощью экспериментов, чтобы заложить основу для практических инженерных приложений.

2. Экспериментальное устройство и экспериментальный процесс

2.1 Знакомство с экспериментальным устройством

В этом эксперименте массовый расходомер использовался для измерения массового расхода Дьюара при пяти различных давлениях, а затем рассчитывалась суточная скорость испарения. Используемый в эксперименте Дьюар представляет собой низкотемпературный высоковакуумный многослойный адиабатический Дьюар объемом 175 л отечественного производителя.

Несущая конструкция Дьюара, внутренний резервуар и внешняя оболочка изготовлены из аустенитной нержавеющей стали, применяется метод многослойной теплоизоляции в высоком вакууме, а теплоизоляционными материалами являются алюминиевая фольга и стекловолокно. Верхняя часть сосуда Дьюара оборудована клапаном входа и выхода жидкости, воздушным клапаном, бустерным клапаном и выпускным клапаном, а внутри установлены самобустер и испаритель. Геометрический объем 175 л, полезный объем 157 л; внутренний диаметр вкладыша 450 мм; внутренний диаметр корпуса 500мм

Длина шланга между клапаном регулировки давления и расходомером составляет 5 метров, который играет роль парообразования и снижения давления. Кроме того, следует отметить, что прибор, используемый для измерения расхода в эксперименте, представляет собой массовый расходомер модели M-5SLPM-D производства Аликат Научный в США с точностью ±0,05 СЛПМ (стандартный литр). /минута) и может автоматически. Данные записываются, поэтому требования к измерению полностью выполняются.

2.2 Процедура измерения

(1) Тестовая среда представляет собой жидкий азот, а степень заполнения составляет 90%. Откройте выпускной клапан Дьюара, закройте другие клапаны на сосуде Дьюара и оставьте на 48 часов;

(2) Когда давление внутри сосуда Дьюара стабилизируется при нормальном давлении, подсоедините шланг к выпускному клапану и подсоедините массовый расходомер. Обратите внимание на герметичность соединения;

(3) Убедившись, что поток газообразного жидкого азота стабилен, начните запись данных;

(4) Массовый расходомер записывает непрерывно в течение 48 часов;

(5) После измерения атмосферного давления закройте выпускной клапан, отсоедините шланг от выпускного клапана и подсоедините клапан регулирования давления к выпускному клапану;

(6) Когда выпускной клапан закрыт, откройте бустерный клапан Дьюара. Когда давление на манометре Дьюара покажет около 0,3 МПа, закройте бустерный клапан;

(7) Отрегулируйте клапан регулирования давления, отрегулируйте давление открытия клапана регулирования давления до 0,23 МПа и оставьте на 24 часа;

(8) После стабилизации подсоедините шланг к клапану регулирования давления, подсоедините массовый расходомер и начните запись данных.

(9) После записи в течение 48 часов закройте выпускной клапан, снова создайте давление и повторите шаги (6)–(8), чтобы записать массовый расход при давлении Дьюара 0,54 МПа, 1,08 МПа и 1,47 МПа.

3. Экспериментальные результаты и анализ

Пять давлений в эксперименте: нормальное давление, 0,23 МПа, 0,54 МПа, 1,08 МПа и 1,47 МПа. Чтобы сделать результаты эксперимента более точными, каждое давление записывается непрерывно в течение 48 часов.

В статических и стабильных условиях естественного стока суточная скорость испарения увеличивается с увеличением давления Дьюара. Это прямо противоположно тому, что происходит в условиях давления. Проще говоря, с ростом давления увеличивается соответствующая температура насыщения, уменьшается разница температур между жидкостью в сосуде Дьюара и окружающей средой и уменьшается теплоотдача. Но в то же время скрытая теплота парообразования уменьшается с повышением температуры насыщения. Это приводит к совершенно противоположному выводу относительно условия удержания давления.

Также можно сделать важный вывод: влияние изменений внешней среды на суточную скорость испарения отсрочено во времени. Температура окружающей среды достигает минимума около трех часов утра, теоретически говоря, скорость испарения должна быть минимальной в это время, а скорость испарения на рисунке 4 достигает минимального значения в семь часов утра; аналогично, температура окружающей среды является самой высокой в ​​два часа дня, в то время как на рисунке 4 скорость испарения достигает своего максимального значения в десять часов вечера. Это связано с тем, что характеристики теплоизоляции сосуда Дьюара, использованного в эксперименте, очень хорошие, и требуется некоторое время, чтобы изменение температуры окружающей среды оказало значительное влияние на скорость испарения сосуда Дьюара.