Over de dagelijkse verdampingssnelheid van Dewar bij lage temperaturen

De dagelijkse verdampingssnelheid van Dewar is de belangrijkste technische parameter om de thermische isolatieprestaties van Dewar te evalueren, die op intuïtievere wijze de koudebehoudprestaties van Dewar kunnen weerspiegelen. De nationale norm vereist de bovengrens van de statische dagelijkse verdampingssnelheid (werkdruk 1,0-1,6 MPa) van de hoogvacuüm meerlaagse adiabatische Dewar die vloeibare stikstof bevat, zie Tabel 1:

Tabel 1 Bovengrens van de statische dagelijkse verdampingssnelheid van meerlaagse adiabatische Dewar met hoog vacuüm

Het is van groot belang voor het ontwerp en de werking van Dewar om de veranderingen in temperatuur en druk in Dewar te bestuderen, en om door middel van experimenten de dagelijkse verdampingssnelheid van Dewar onder werkdruk te bepalen. Dit artikel bespreekt het effect van de Dewar-druk op de dagelijkse verdampingssnelheid en onthult kwantitatief de variatiewet van de dagelijkse verdampingssnelheid met druk door middel van experimenteel onderzoek.

1 Effect van druk op de dagelijkse verdampingssnelheid

In het algemeen verwijst de verdampingssnelheid van een cryogene container naar de verdampingssnelheid van een geschikte hoeveelheid cryogene vloeistof die zich in de container bevindt nadat het thermisch evenwicht is bereikt onder standaardomstandigheden (0°C). Het wordt doorgaans berekend met , en wordt daarom ook wel de dagelijkse verdampingssnelheid genoemd, dat wil zeggen de verhouding tussen de hoeveelheid vloeistof die binnen 24 uur is verdampt en het nominale volume van de container.

De invloed van de druk op de dagelijkse verdampingssnelheid komt vooral tot uiting in het temperatuurverschil en de latente verdampingswarmte. In stabiele toestand komt de Dewar-verzadigingsdruk overeen met de verzadigingstemperatuur. Hoe hoger de verzadigingsdruk, hoe hoger de verzadigingstemperatuur, hoe kleiner het temperatuurverschil met de omgeving en hoe kleiner de warmteoverdracht. Maar tegelijkertijd wordt ook de latente verdampingswarmte onder de verzadigingsdruk verminderd, en is de dagelijkse verdampingssnelheid de verhouding tussen de warmteoverdracht en de latente verdampingswarmte. Daarom is het noodzakelijk om door middel van experimenten kwalitatieve en kwantitatieve analyses uit te voeren van de dagelijkse verdampingssnelheid om een ​​basis te bieden voor praktische technische toepassingen.

2. Experimenteel apparaat en experimenteel proces

2.1 Inleiding tot het experimentele apparaat

In dit experiment werd de massastroommeter gebruikt om de massastroom van Dewar onder vijf verschillende drukken te meten, en vervolgens werd de dagelijkse verdampingssnelheid berekend. De Dewar die in het experiment werd gebruikt, is een meerlaagse adiabatische Dewar met een inhoud van 175 liter, lage temperatuur en hoog vacuüm, geproduceerd door een binnenlandse fabrikant.

De Dewar-draagstructuur, de binnentank en de buitenschaal zijn allemaal gemaakt van austenitisch roestvrij staal en er is gebruik gemaakt van de hoogvacuüm meerlaagse warmte-isolatiemethode, en de warmte-isolatiematerialen zijn aluminiumfolie en glasvezel. Het bovenste deel van de Dewar is uitgerust met een vloeistofinlaat- en uitlaatklep, een luchtklep, een boosterklep en een ontluchtingsklep, en binnenin zijn een zelfbooster en een verdamper geïnstalleerd. Het geometrische volume is 175L, het effectieve volume is 157L; de binnendiameter van de voering is 450 mm; de binnendiameter van de schaal is 500 mm

De lengte van de slang tussen het drukregelventiel en de debietmeter is 5 meter, wat de rol speelt van verdamping en drukverlaging. Bovendien moet worden opgemerkt dat het instrument dat wordt gebruikt om de stroom in het experiment te meten een massastroommeter is van het model M-5SLPM-D, geproduceerd door Alicat Scientific in de Verenigde Staten, met een nauwkeurigheid van ±0,05SLPM (standaard liter /minuut), en kan automatisch De gegevens worden geregistreerd, zodat volledig aan de meetvereisten wordt voldaan.

2.2 Meetprocedure

(1) Het testmedium is vloeibare stikstof en het vulpercentage is 90%. Open de Dewar-ontluchtingsklep, sluit andere kleppen op de Dewar en laat 48 uur staan;

(2) Wanneer de druk in de Dewar stabiel is bij normale druk, sluit u de slang aan op de ontluchtingsklep en sluit u de massastroommeter aan. Let op de dichtheid van de verbinding;

(3) Nadat u heeft waargenomen dat de stroom vloeibaar stikstofgas stabiel is, begint u met het opnemen van gegevens;

(4) De massastroommeter registreert continu gedurende 48 uur;

(5) Sluit na de meting van de atmosferische druk de ontluchtingsklep, koppel de slang los van de ontluchtingsklep en sluit de drukregelklep aan op de ontluchtingsklep;

(6) Wanneer de ontluchtingsklep gesloten is, opent u de Dewar-boosterklep. Wanneer de Dewar-meterdruk ongeveer 0,3 MPa aangeeft, sluit u de boosterklep;

(7) Pas de drukregelklep aan, pas de openingsdruk van de drukregelklep aan op 0,23 MPa en laat deze 24 uur staan;

(8) Sluit na stabilisatie de slang aan op het drukregelventiel, sluit de massastroommeter aan en begin met het opnemen van gegevens.

(9) Sluit na 48 uur opnemen de ontluchtingsklep, breng opnieuw druk en herhaal stap (6) tot (8) om het massadebiet te registreren onder de Dewar-druk van 0,54 MPa, 1,08 MPa en 1,47 MPa

3. Experimentele resultaten en analyse

De vijf drukken in het experiment zijn: normale druk, 0,23 MPa, 0,54 MPa, 1,08 MPa en 1,47 MPa. Om de experimentele resultaten nauwkeuriger te maken, wordt elke druk continu gedurende 48 uur geregistreerd

Onder statische en stabiele natuurlijke ontladingsomstandigheden neemt de dagelijkse verdampingssnelheid toe met de toename van de Dewar-druk. Dit is precies het tegenovergestelde van wat er gebeurt onder drukomstandigheden. Simpel gezegd: naarmate de druk toeneemt, neemt de overeenkomstige verzadigingstemperatuur toe, neemt het temperatuurverschil tussen de vloeistof in de Dewar en de omgeving af en neemt de warmteoverdracht af. Maar tegelijkertijd neemt de latente verdampingswarmte af met de toename van de verzadigingstemperatuur. Dit leidt tot een volledig tegenovergestelde conclusie ten opzichte van de drukhoudtoestand.

We kunnen ook een belangrijke conclusie trekken: de impact van veranderingen in de externe omgeving op de dagelijkse verdampingssnelheid wordt met de tijd vertraagd. De omgevingstemperatuur bereikt het minimum rond drie uur 's ochtends. Theoretisch gezien zou de verdampingssnelheid op dit moment het minimum moeten zijn, en de verdampingssnelheid in Figuur 4 bereikt de minimumwaarde om zeven uur 's ochtends; op dezelfde manier is de omgevingstemperatuur om twee uur 's middags het hoogst, terwijl in Figuur 4 de verdampingssnelheid om tien uur 's avonds zijn hoogste waarde bereikt. Dit komt doordat de thermische isolatieprestaties van de in het experiment gebruikte Dewar zeer goed zijn, en het enige tijd duurt voordat de verandering van de omgevingstemperatuur een significante invloed heeft op de verdampingssnelheid van de Dewar.