Acerca de la tasa de evaporación diaria de Dewar a baja temperatura

La tasa de evaporación diaria de Dewar es el parámetro técnico más importante para evaluar el rendimiento de aislamiento térmico de Dewar, que puede reflejar de manera más intuitiva el rendimiento de conservación en frío de Dewar. El estándar nacional requiere el límite superior de la tasa de evaporación diaria estática (presión de trabajo 1.0-1.6Mpa) del Dewar adiabático multicapa de alto vacío que contiene nitrógeno líquido, consulte la Tabla 1:

Tabla 1 Límite superior de la tasa de evaporación diaria estática de Dewar adiabático multicapa de alto vacío

Es de gran importancia para el diseño y la operación de Dewar estudiar los cambios de temperatura y presión en Dewar, y determinar la tasa de evaporación diaria de Dewar bajo presión de trabajo a través de experimentos. Este documento analiza el efecto de la presión de Dewar en la tasa de evaporación diaria y revela cuantitativamente la ley de variación de la tasa de evaporación diaria con la presión a través de la investigación experimental.

1 Efecto de la presión sobre la tasa de evaporación diaria

En términos generales, la tasa de evaporación de un contenedor criogénico se refiere a la tasa de evaporación de una cantidad adecuada de líquido criogénico contenido en el contenedor después de alcanzar el equilibrio térmico en condiciones estándar (0°C). Generalmente se calcula por , por lo que también se denomina tasa de evaporación diaria, es decir, la relación entre la cantidad de líquido evaporado en 24 horas y el volumen nominal del recipiente.

La influencia de la presión sobre la tasa de evaporación diaria se refleja principalmente en la diferencia de temperatura y el calor latente de vaporización. En estado estacionario, la presión de saturación de Dewar corresponde a la temperatura de saturación. Cuanto mayor sea la presión de saturación, mayor será la temperatura de saturación, menor será la diferencia de temperatura con el ambiente y menor será la transferencia de calor. Pero al mismo tiempo, el calor latente de vaporización bajo la presión de saturación también se reduce, y la tasa de evaporación diaria es la relación entre la transferencia de calor y el calor latente de vaporización. Por lo tanto, es necesario realizar un análisis cualitativo y cuantitativo de la tasa de evaporación diaria a través de experimentos para proporcionar una base para aplicaciones prácticas de ingeniería.

2. Dispositivo experimental y proceso experimental

2.1 Introducción al dispositivo experimental

En este experimento, se usó el medidor de flujo másico para medir el flujo másico de Dewar bajo cinco presiones diferentes y luego se calculó la tasa de evaporación diaria. El Dewar utilizado en el experimento es un Dewar adiabático multicapa de baja temperatura y alto vacío de 175 L producido por un fabricante nacional.

La estructura de soporte Dewar, el tanque interior y la cubierta exterior están hechos de acero inoxidable austenítico, y se adopta el método de aislamiento térmico multicapa de alto vacío, y los materiales de aislamiento térmico son papel de aluminio y fibra de vidrio. La parte superior del Dewar está equipada con una válvula de entrada y salida de líquido, una válvula de aire, una válvula de refuerzo y una válvula de ventilación, y en el interior se instalan un autoimpulsor y un vaporizador. El volumen geométrico es 175L, el volumen efectivo es 157L; el diámetro interior del revestimiento es de 450 mm; el diámetro interior de la carcasa es de 500 mm

La longitud de la manguera entre la válvula reguladora de presión y el medidor de flujo es de 5 metros, lo que desempeña el papel de vaporización y reducción de presión. Además, cabe señalar que el instrumento utilizado para medir el caudal en el experimento es un caudalímetro másico modelo M-5SLPM-D producido por Alicat Scientific en Estados Unidos, con una precisión de ±0.05SLPM (litro estándar). /minuto), y puede automáticamente Los datos se registran, por lo que los requisitos de medición se cumplen por completo.

2.2 Procedimiento de medición

(1) El medio de prueba es nitrógeno líquido y la tasa de llenado es del 90%. Abra la válvula de ventilación del Dewar, cierre otras válvulas del Dewar y déjelo reposar durante 48 horas;

(2) Cuando la presión dentro del Dewar sea estable a presión normal, conecte la manguera a la válvula de ventilación y conecte el medidor de flujo másico. Preste atención a la estanqueidad de la conexión;

(3) Después de observar que el flujo de gas nitrógeno líquido es estable, comience a registrar datos;

(4) El caudalímetro másico registra continuamente durante 48 horas;

(5) Después de medir la presión atmosférica, cierre la válvula de ventilación, desconecte la manguera de la válvula de ventilación y conecte la válvula reguladora de presión a la válvula de ventilación;

(6) Cuando la válvula de ventilación esté cerrada, abra la válvula de refuerzo Dewar. Cuando la presión manométrica de Dewar muestre alrededor de 0,3 Mpa, cierre la válvula de refuerzo;

(7) Ajuste la válvula reguladora de presión, ajuste la presión de apertura de la válvula reguladora de presión a 0,23 Mpa y déjela reposar durante 24 horas;

(8) Después de la estabilización, conecte la manguera a la válvula reguladora de presión, conecte el medidor de flujo másico y comience a registrar datos.

(9) Después de registrar durante 48 horas, cierre la válvula de ventilación, vuelva a presurizar y repita los pasos (6) a (8) para registrar el caudal másico bajo la presión Dewar de 0,54 MPa, 1,08 MPa y 1,47 MPa.

3. Resultados experimentales y análisis

Las cinco presiones del experimento son: presión normal, 0,23 MPa, 0,54 MPa, 1,08 Mpa y 1,47 Mpa. Para que los resultados experimentales sean más precisos, cada presión se registra continuamente durante 48 horas.

En condiciones de descarga naturales estáticas y estables, la tasa de evaporación diaria aumenta con el aumento de la presión del Dewar. Esto es exactamente lo contrario de lo que sucede en condiciones de presión. En términos simples, a medida que aumenta la presión, aumenta la temperatura de saturación correspondiente, disminuye la diferencia de temperatura entre el líquido en el Dewar y el ambiente y disminuye la transferencia de calor. Pero al mismo tiempo, el calor latente de vaporización disminuye con el aumento de la temperatura de saturación. Esto lleva a una conclusión completamente opuesta a la condición de mantenimiento de la presión.

También podemos sacar una conclusión importante: el impacto de los cambios en el ambiente externo en la tasa de evaporación diaria se retrasa con el tiempo. La temperatura ambiente alcanza el mínimo alrededor de las tres de la mañana, teóricamente hablando, la tasa de evaporación debería ser la mínima en este momento, y la tasa de evaporación en la Figura 4 alcanza el valor mínimo a las siete de la mañana; de igual forma, la temperatura ambiente es la más alta a las dos de la tarde, mientras que en la Figura 4 la tasa de evaporación alcanza su valor más alto a las diez de la noche. Esto se debe a que el rendimiento de aislamiento térmico del Dewar utilizado en el experimento es muy bueno y se necesita un período de tiempo para que el cambio de la temperatura ambiente tenga un impacto significativo en la tasa de evaporación del Dewar.