Geiser fenomeen

Onder het geiserfenomeen verstaat men het uitbarstingsverschijnsel dat wordt veroorzaakt doordat de cryogene vloeistof door een lange, verticale pijp wordt getransporteerd (waarbij de verhouding lengte/diameter een bepaalde waarde bereikt). Dit komt door de bellen die ontstaan ​​door verdamping van de vloeistof. Door de toename van het aantal bellen vindt polymerisatie tussen de bellen plaats en uiteindelijk stroomt de cryogene vloeistof weer terug via de ingang van de pijp.

Geisers kunnen ontstaan ​​als de stroomsnelheid in de pijpleiding laag is, maar ze zijn alleen zichtbaar als de stroom stopt.

Wanneer cryogene vloeistof door de verticale pijpleiding naar beneden stroomt, is dit vergelijkbaar met het voorkoelproces. Cryogene vloeistof zal koken en verdampen door de warmte, wat anders is dan bij het voorkoelproces! De warmte komt echter voornamelijk van de geringe binnendringende omgevingswarmte, in plaats van de grotere warmtecapaciteit van het systeem tijdens het voorkoelproces. Daarom wordt de vloeistofgrenslaag met een relatief hoge temperatuur gevormd nabij de buiswand, in plaats van de dampfilm. Wanneer de vloeistof door de verticale pijp stroomt, neemt de thermische dichtheid van de vloeistofgrenslaag nabij de pijpwand af door de binnendringende omgevingswarmte. Onder invloed van opwaartse kracht zal de vloeistof de opwaartse stroming omkeren, waardoor de hete vloeistofgrenslaag ontstaat, terwijl de koude vloeistof in het midden naar beneden stroomt, waardoor het convectie-effect tussen de twee ontstaat. De grenslaag van de hete vloeistof verdikt geleidelijk in de richting van de hoofdstroom totdat deze de centrale vloeistof volledig blokkeert en de convectie stopt. Daarna, omdat er geen convectie meer is om warmte af te voeren, stijgt de temperatuur van de vloeistof in het hete gebied snel. Zodra de temperatuur van de vloeistof de verzadigingstemperatuur bereikt, begint het te koken en ontstaan ​​er belletjes. De gasbom vertraagt ​​het stijgen van de belletjes.

Door de aanwezigheid van bellen in de verticale buis zal de reactie van de viskeuze schuifkracht van de bel de statische druk aan de onderkant van de bel verminderen, waardoor de resterende vloeistof oververhit raakt en er meer damp ontstaat. Dit verlaagt op zijn beurt de statische druk, waardoor wederzijdse beïnvloeding tot op zekere hoogte veel damp zal produceren. Het fenomeen van een geiser, dat enigszins vergelijkbaar is met een explosie, treedt op wanneer een vloeistof, met een stoomstoot, terug de pijpleiding in spuit. Een bepaalde hoeveelheid damp die vrijkomt bij de vloeistof die naar de bovenste ruimte van de tank wordt gespoten, zal dramatische veranderingen in de algehele temperatuur van de tankruimte veroorzaken, wat resulteert in dramatische drukveranderingen. Wanneer de drukfluctuatie zich in de piek- en dalfase van de druk bevindt, is het mogelijk dat de tank in een negatieve druktoestand komt. Het effect van het drukverschil zal leiden tot structurele schade aan het systeem.

Na de dampuitbarsting daalt de druk in de leiding snel en wordt de cryogene vloeistof door de zwaartekracht weer in de verticale leiding geïnjecteerd. De snelstromende vloeistof veroorzaakt een drukschok, vergelijkbaar met waterslag, die een grote impact heeft op het systeem, met name op de ruimtevaartapparatuur.

Om de schade veroorzaakt door het geiserfenomeen te elimineren of te verminderen, moet er enerzijds aandacht worden besteed aan de isolatie van het pijpleidingsysteem, aangezien warmte-invasie de hoofdoorzaak is van het geiserfenomeen. Anderzijds kunnen verschillende schema's worden bestudeerd: injectie van inert, niet-condenserend gas, aanvullende injectie van cryogene vloeistof en circulatieleidingen. De essentie van deze schema's is het overdragen van de overtollige warmte van de cryogene vloeistof en het voorkomen van de accumulatie van overmatige warmte om zo het optreden van het geiserfenomeen te voorkomen.

Voor het inertgasinjectiesysteem wordt meestal helium als inert gas gebruikt en wordt helium onderin de pijpleiding geïnjecteerd. Het verschil in dampdruk tussen vloeistof en helium kan worden gebruikt om massaoverdracht van productdamp van vloeistof naar heliummassa te bewerkstelligen, om zo een deel van de cryogene vloeistof te verdampen, warmte uit de cryogene vloeistof te absorberen en een overkoelingseffect te creëren, waardoor overmatige warmteaccumulatie wordt voorkomen. Dit systeem wordt gebruikt in sommige ruimtevaartbrandstofvulsystemen. Bijvullen is bedoeld om de temperatuur van de cryogene vloeistof te verlagen door onderkoelde cryogene vloeistof toe te voegen, terwijl het toevoegen van een circulatieleiding is bedoeld om een ​​natuurlijke circulatie tussen de pijpleiding en de tank te creëren door een leiding toe te voegen, om zo overtollige warmte lokaal over te brengen en de omstandigheden voor het genereren van geisers te verstoren.

Voor andere vragen kijk ik uit naar het volgende artikel!

HL Cryogene Apparatuur

HL Cryogenic Equipment, opgericht in 1992, is een merk van HL Cryogenic Equipment Company (Cryogenic Equipment Co., Ltd). HL Cryogenic Equipment richt zich op het ontwerp en de productie van hoogvacuümgeïsoleerde cryogene leidingsystemen en bijbehorende ondersteunende apparatuur om te voldoen aan de diverse behoeften van klanten. De vacuümgeïsoleerde leidingen en flexibele slangen zijn vervaardigd uit hoogvacuüm en meerlaags, gezeefd met speciale isolatiematerialen. Ze ondergaan een reeks uiterst strenge technische behandelingen en een hoogvacuümbehandeling. Deze behandelingen worden gebruikt voor het transport van vloeibare zuurstof, vloeibare stikstof, vloeibaar argon, vloeibare waterstof, vloeibaar helium, vloeibaar ethyleengas (LEG) en vloeibaar aardgas (LNG).

De productseries vacuümomhulde buizen, vacuümomhulde slangen, vacuümomhulde kleppen en fasescheiders van HL Cryogenic Equipment Company, die een reeks uiterst strenge technische behandelingen hebben ondergaan, worden gebruikt voor het overbrengen van vloeibare zuurstof, vloeibare stikstof, vloeibaar argon, vloeibare waterstof, vloeibaar helium, LEG en LNG. Deze producten worden gebruikt voor cryogene apparatuur (bijv. cryogene tanks, dewarvaten en coldboxen etc.) in de sectoren luchtscheiding, gassen, luchtvaart, elektronica, supergeleiders, chips, automatisering, assemblage, levensmiddelen en dranken, farmacie, ziekenhuizen, biobanken, rubber, productie van nieuwe materialen, chemische technologie, ijzer en staal en wetenschappelijk onderzoek etc.