Явление гейзера

Явление гейзера относится к явлению извержения, вызванному транспортировкой криогенной жидкости по вертикальной длинной трубе (имеется в виду достижение определенного значения соотношения длины к диаметру) из-за пузырьков, образующихся при испарении жидкости, а полимеризация между пузырьками будет происходить с увеличением количества пузырьков, и, в конечном итоге, криогенная жидкость будет выбрасываться обратно через входное отверстие трубы.

Гейзеры могут возникать при низкой скорости потока в трубопроводе, но замечать их следует только тогда, когда поток прекращается.

Процесс опускания криогенной жидкости в вертикальном трубопроводе аналогичен процессу предварительного охлаждения. Криогенная жидкость закипает и испаряется под действием тепла, что отличается от процесса предварительного охлаждения! Однако тепло в основном поступает за счёт небольшого поступления тепла из окружающей среды, а не за счёт большей теплоёмкости системы в процессе предварительного охлаждения. Поэтому у стенки трубы образуется относительно высокотемпературный пограничный слой жидкости, а не паровая плёнка. При течении жидкости в вертикальном трубопроводе из-за поступления тепла из окружающей среды тепловая плотность пограничного слоя жидкости у стенки трубы уменьшается. Под действием силы плавучести жидкость начинает двигаться вверх, образуя горячий пограничный слой, в то время как холодная жидкость в центре опускается вниз, создавая конвективный эффект между ними. Пограничный слой горячей жидкости постепенно утолщается вдоль основного потока, пока полностью не перекроет центральную часть жидкости и не остановит конвекцию. После этого, поскольку конвекция отсутствует, температура жидкости в горячей области быстро растёт. После того как температура жидкости достигает температуры насыщения, она начинает кипеть и образовывать пузырьки. Газовая бомба Зингла замедляет подъем пузырьков.

Из-за наличия пузырьков в вертикальной трубе, реакция вязкой сдвиговой силы пузырька приведет к снижению статического давления в нижней части пузырька, что, в свою очередь, приведет к перегреву оставшейся жидкости, таким образом производя больше пара, который, в свою очередь, снизит статическое давление, поэтому взаимное продвижение, в определенной степени, будет производить много пара. Явление гейзера, которое несколько похоже на взрыв, происходит, когда жидкость, неся вспышку пара, выбрасывается обратно в трубопровод. Определенное количество пара, выброшенного с жидкостью в верхнее пространство резервуара, вызовет резкие изменения общей температуры пространства резервуара, что приведет к резким изменениям давления. Когда колебание давления находится на пике и впадине давления, можно привести резервуар в состояние отрицательного давления. Влияние разницы давлений приведет к структурному повреждению системы.

После выброса пара давление в трубе резко падает, и криогенная жидкость под действием силы тяжести снова закачивается в вертикальную трубу. Высокая скорость потока жидкости создаёт гидроудары, подобные гидравлическому удару, что оказывает серьёзное воздействие на систему, особенно на космическое оборудование.

Для устранения или снижения вреда, причиняемого гейзерным явлением, при применении, с одной стороны, следует уделять внимание изоляции трубопроводной системы, поскольку проникновение тепла является основной причиной возникновения гейзерного явления; с другой стороны, можно рассмотреть несколько схем: закачка инертного неконденсирующегося газа, дополнительная закачка криогенной жидкости и циркуляционный трубопровод. Суть этих схем заключается в отводе избыточного тепла криогенной жидкости, предотвращении его накопления, что позволяет предотвратить возникновение гейзерного явления.

В схеме с нагнетанием инертного газа в качестве инертного газа обычно используют гелий, который нагнетается в нижнюю часть трубопровода. Разность давлений паров жидкости и гелия может быть использована для массопереноса паров продукта из жидкости в массу гелия, что приводит к испарению части криогенной жидкости, поглощению тепла из криогенной жидкости и созданию эффекта переохлаждения, предотвращая тем самым накопление избыточного тепла. Эта схема используется в некоторых системах заправки космического топлива. Дозаправка заключается в снижении температуры криогенной жидкости путем добавления переохлажденной криогенной жидкости, в то время как схема с добавлением циркуляционного трубопровода заключается в создании естественного условия циркуляции между трубопроводом и баком путем добавления трубопровода, чтобы отводить избыточное тепло в локальных зонах и уничтожать условия для образования гейзеров.

Переключился на следующую статью, чтобы задать другие вопросы！

Криогенное оборудование HL

Компания HL Cryogenic Equipment, основанная в 1992 году, является дочерней компанией HL Cryogenic Equipment Company (Cryogenic Equipment Co., Ltd.). HL Cryogenic Equipment занимается разработкой и производством криогенных трубопроводных систем с высоковакуумной изоляцией и сопутствующего вспомогательного оборудования для удовлетворения различных потребностей клиентов. Вакуумно-изолированные трубы и гибкие шланги изготавливаются из высоковакуумных и многослойных специальных изоляционных материалов, подвергаются серии строжайшей технической обработке и обработке в условиях высокого вакуума. Они используются для перекачки жидкого кислорода, жидкого азота, жидкого аргона, жидкого водорода, жидкого гелия, сжиженного этилена (LEG) и сжиженного природного газа (LNG).

Серия продукции компании HL Cryogenic Equipment Company, включающая трубы с вакуумной рубашкой, шланги с вакуумной рубашкой, клапаны с вакуумной рубашкой и фазовые сепараторы, прошедшие ряд крайне строгих технических обработок, используется для перекачки жидкого кислорода, жидкого азота, жидкого аргона, жидкого водорода, жидкого гелия, LEG и LNG. Данная продукция используется для криогенного оборудования (например, криогенных резервуаров, сосудов Дьюара и холодильных боксов и т. д.) в отраслях воздухоразделения, газовой промышленности, авиации, электроники, производства сверхпроводников, микросхем, автоматизированной сборки, пищевой промышленности, фармацевтики, больниц, биобанков, резины, производства новых материалов, химической промышленности, черной металлургии, а также в научных исследованиях и т. д.