феномен гейзеров

Феномен гейзера относится к явлению извержения, вызванному перемещением криогенной жидкости вниз по вертикальной длинной трубе (где отношение длины к диаметру достигает определенного значения) из-за пузырьков, образующихся при испарении жидкости. При увеличении количества пузырьков происходит полимеризация между ними, и в конечном итоге криогенная жидкость вытекает обратно через вход в трубу.

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

Когда криогенная жидкость течет вниз по вертикальному трубопроводу, это похоже на процесс предварительного охлаждения. Криогенная жидкость закипает и испаряется из-за нагрева, что отличается от процесса предварительного охлаждения! Однако тепло в основном поступает от небольшого проникновения тепла из окружающей среды, а не от большей теплоемкости системы, как в процессе предварительного охлаждения. Поэтому вблизи стенки трубы образуется пограничный слой жидкости с относительно высокой температурой, а не паровая пленка. Когда жидкость течет по вертикальной трубе, из-за проникновения тепла из окружающей среды тепловая плотность пограничного слоя жидкости вблизи стенки трубы уменьшается. Под действием силы плавучести жидкость меняет направление потока на восходящее, образуя горячий пограничный слой, в то время как холодная жидкость в центре течет вниз, создавая конвективный эффект между ними. Пограничный слой горячей жидкости постепенно утолщается вдоль направления основного потока, пока полностью не перекроет центральную жидкость и не прекратит конвекцию. После этого, поскольку конвекция не отводит тепло, температура жидкости в горячей зоне быстро повышается. После того как температура жидкости достигает температуры насыщения, она начинает кипеть и образовывать пузырьки. Газовая бомба «Зингл» замедляет подъем пузырьков.

Из-за наличия пузырьков в вертикальной трубе реакция вязкостной силы сдвига пузырьков снижает статическое давление в их основании, что, в свою очередь, приводит к перегреву оставшейся жидкости и образованию большего количества пара, что, в свою очередь, снижает статическое давление. Таким образом, взаимное усиление, в определенной степени, приводит к образованию большого количества пара. Явление гейзера, чем-то похожее на взрыв, происходит, когда жидкость, несущая в себе вспышку пара, выбрасывается обратно в трубопровод. Определенное количество пара, образующегося вместе с жидкостью, выброшенной в верхнее пространство резервуара, вызывает резкие изменения общей температуры резервуара, что приводит к резким изменениям давления. Когда колебания давления находятся в пиковых и минимальных значениях, возможно создание в резервуаре отрицательного давления. Эффект разницы давлений может привести к повреждению конструкции системы.

После выброса пара давление в трубе резко падает, и криогенная жидкость под действием силы тяжести снова впрыскивается в вертикальную трубу. Высокая скорость потока жидкости создаёт ударную волну, подобную гидравлическому удару, что оказывает значительное воздействие на систему, особенно на космическое оборудование.

Для устранения или уменьшения вреда, причиняемого явлением гейзеров, при его применении, с одной стороны, следует уделять внимание изоляции трубопроводной системы, поскольку тепловое воздействие является основной причиной возникновения гейзеров; с другой стороны, можно рассмотреть несколько схем: впрыскивание инертного неконденсирующегося газа, дополнительное впрыскивание криогенной жидкости и циркуляционный трубопровод. Суть этих схем заключается в отводе избыточного тепла криогенной жидкости, предотвращении накопления избыточного тепла и, следовательно, в предотвращении возникновения гейзеров.

В схеме впрыска инертного газа обычно используется гелий, который впрыскивается в нижнюю часть трубопровода. Разница давлений паров жидкости и гелия может использоваться для массопереноса паров продукта из жидкости в массу гелия, что позволяет испарять часть криогенной жидкости, поглощать тепло от нее и создавать эффект переохлаждения, предотвращая тем самым накопление избыточного тепла. Эта схема используется в некоторых системах заправки космических топлив. Дополнительная заправка предназначена для снижения температуры криогенной жидкости путем добавления переохлажденной криогенной жидкости, в то время как схема добавления циркуляционного трубопровода заключается в создании естественной циркуляции между трубопроводом и резервуаром путем добавления трубопровода, что позволяет отводить избыточное тепло в локальных зонах и устранять условия для образования гейзеров.

Оставайтесь с нами, чтобы задать другие вопросы в следующей статье!

Криогенное оборудование HL

Компания HL Cryogenic Equipment, основанная в 1992 году, является брендом, принадлежащим HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co., Ltd. HL Cryogenic Equipment занимается проектированием и производством высоковакуумных изолированных криогенных трубопроводных систем и сопутствующего вспомогательного оборудования для удовлетворения разнообразных потребностей клиентов. Вакуумные изолированные трубы и гибкие шланги изготавливаются в условиях высокого вакуума с использованием многослойных многоэкранных специальных изоляционных материалов и проходят ряд чрезвычайно строгих технических обработок и высоковакуумной обработки. Они используются для перекачки жидкого кислорода, жидкого азота, жидкого аргона, жидкого водорода, жидкого гелия, сжиженного этилена (LEG) и сжиженного природного газа (СПГ).

Серия вакуумных труб с рубашкой охлаждения, вакуумных шлангов с рубашкой охлаждения, вакуумных клапанов с рубашкой охлаждения и фазовых сепараторов компании HL Cryogenic Equipment Company, прошедшая ряд чрезвычайно строгих технических испытаний, используется для перекачки жидкого кислорода, жидкого азота, жидкого аргона, жидкого водорода, жидкого гелия, сжиженного природного газа и СПГ. Эти изделия используются в криогенном оборудовании (например, криогенных резервуарах, сосудах Дьюара и холодильных камерах и т. д.) в таких отраслях, как разделение воздуха, газовая промышленность, авиация, электроника, сверхпроводники, микросхемы, автоматизированная сборка, пищевая промышленность, фармацевтика, больницы, биобанки, резиновая промышленность, производство новых материалов, химическая промышленность, металлургия, научные исследования и т. д.