درباره نرخ تبخیر روزانه Dewar دما پایین
نرخ تبخیر روزانه Dewar مهمترین پارامتر فنی برای ارزیابی عملکرد عایق حرارتی Dewar است که می تواند به طور شهودی عملکرد حفظ سرد Dewar را منعکس کند. استاندارد ملی به حد بالایی نرخ تبخیر استاتیک روزانه (فشار کاری 1.0-1.6 مگاپاسکال) دوار آدیاباتیک چند لایه با خلاء بالا حاوی نیتروژن مایع نیاز دارد، جدول 1 را ببینید:
جدول 1 حد بالایی نرخ تبخیر استاتیک روزانه دوار آدیاباتیک چند لایه خلاء بالا
حجم اسمی (L) | 10 | 25 | 50 | 100 | 150 | 175 | 200 | 300 | 450 |
نرخ تبخیر استاتیک روزانه (≤％/d) | 5.5 | 4.2 | 3.0 | 2.8 | 2.5 | 2.1 | 2.0 | 1.9 | 1.9 |
مطالعه تغییرات دما و فشار در Dewar و تعیین میزان تبخیر روزانه Dewar تحت فشار کاری از طریق آزمایش برای طراحی و عملکرد Dewar از اهمیت بالایی برخوردار است. این مقاله تأثیر فشار Dewar بر نرخ تبخیر روزانه را مورد بحث قرار میدهد و به طور کمی قانون تغییرات نرخ تبخیر روزانه با فشار را از طریق تحقیقات تجربی نشان میدهد.
1 تأثیر فشار بر میزان تبخیر روزانه
به طور کلی، نرخ تبخیر یک ظرف برودتی به نرخ تبخیر مقدار مناسبی از مایع برودتی موجود در ظرف پس از رسیدن به تعادل حرارتی در شرایط استاندارد (0 درجه سانتیگراد) اشاره دارد. به طور کلی با محاسبه می شود، بنابراین به آن نرخ تبخیر روزانه نیز می گویند، یعنی نسبت مقدار مایع تبخیر شده در 24 ساعت به حجم اسمی ظرف.
تأثیر فشار بر میزان تبخیر روزانه عمدتاً در اختلاف دما و گرمای نهان تبخیر منعکس می شود. در حالت پایدار، فشار اشباع Dewar با دمای اشباع مطابقت دارد. هر چه فشار اشباع بیشتر باشد، دمای اشباع بیشتر، اختلاف دما با محیط کمتر و انتقال حرارت کمتر می شود. اما در عین حال، گرمای نهان تبخیر تحت فشار اشباع نیز کاهش می یابد و نرخ تبخیر روزانه نسبت انتقال حرارت به گرمای نهان تبخیر است. بنابراین لازم است تا از طریق آزمایشها، تجزیه و تحلیل کمی و کیفی بر روی میزان تبخیر روزانه انجام شود تا زمینهای برای کاربردهای مهندسی عملی فراهم شود.
2. دستگاه آزمایشی و فرآیند آزمایشی
2.1 مقدمه ای بر دستگاه آزمایشی
در این آزمایش از دبی سنج جرمی برای اندازه گیری دبی جرمی دوار در پنج فشار مختلف استفاده شد و سپس میزان تبخیر روزانه محاسبه شد. Dewar مورد استفاده در این آزمایش یک Dewar چند لایه آدیاباتیک با خلاء بالا با دمای 175 لیتر است که توسط یک سازنده داخلی تولید شده است.
ساختار پشتیبان Dewar، مخزن داخلی و پوسته بیرونی همگی از فولاد ضد زنگ آستنیتی ساخته شده اند و روش عایق حرارتی چند لایه با خلاء بالا اتخاذ شده است و مواد عایق حرارتی فویل آلومینیوم و الیاف شیشه هستند. قسمت بالایی دیوار مجهز به دریچه ورودی و خروجی مایعات، دریچه هوا، شیر تقویت کننده و دریچه هواکش است و داخل آن خود بوستر و بخارساز تعبیه شده است. حجم هندسی 175 لیتر، حجم موثر 157 لیتر است. قطر داخلی لاینر 450 میلی متر است. قطر داخلی پوسته 500 میلی متر است
طول شیلنگ بین شیر تنظیم فشار و فلومتر 5 متر است که نقش تبخیر و کاهش فشار را ایفا می کند. علاوه بر این، لازم به ذکر است که ابزار مورد استفاده برای اندازه گیری دبی در آزمایش، دبی سنج جرمی مدل M-5SLPM-D تولید شده توسط Alicat Scientific در ایالات متحده با دقت ±0.05SLPM (لیتر استاندارد) می باشد. /minute)، و می تواند به طور خودکار داده ها ثبت می شود، بنابراین الزامات اندازه گیری به طور کامل برآورده می شود.
2.2 روش اندازه گیری
(1) محیط آزمایش نیتروژن مایع است و میزان پر شدن 90٪ است. دریچه هواکش Dewar را باز کنید، دریچه های دیگر روی Dewar را ببندید و بگذارید 48 ساعت بماند.
(2) هنگامی که فشار داخل Dewar در فشار معمولی پایدار است، شلنگ را به دریچه هواکش وصل کنید و فلومتر جرمی را وصل کنید. به محکم بودن اتصال توجه کنید.
(3) پس از مشاهده پایداری جریان گاز نیتروژن مایع، شروع به ضبط داده ها کنید.
(4) فلومتر جرمی به مدت 48 ساعت به طور مداوم ثبت می کند.
(5) پس از اندازه گیری فشار اتمسفر، شیر دریچه را ببندید، شیلنگ را از دریچه دریچه جدا کنید و شیر تنظیم فشار را به دریچه دریچه وصل کنید.
(6) هنگامی که دریچه هواکش بسته است، شیر تقویت کننده Dewar را باز کنید. وقتی فشار سنج Dewar حدود 0.3 مگاپاسکال نشان داد، شیر تقویت کننده را ببندید.
(7) شیر تنظیم فشار را تنظیم کنید، فشار باز شدن شیر تنظیم فشار را روی 0.23 مگاپاسکال تنظیم کنید و بگذارید 24 ساعت بماند.
(8) پس از تثبیت، شلنگ را به شیر تنظیم فشار وصل کنید، دبی سنج جرم را وصل کنید و شروع به ضبط داده ها کنید.
(9) پس از ضبط به مدت 48 ساعت، دریچه هواکش را ببندید، دوباره تحت فشار قرار دهید و مراحل (6) تا (8) را تکرار کنید تا سرعت جریان جرمی تحت فشار Dewar 0.54MPa، 1.08MPa و 1.47Mpa ثبت شود.
3. نتایج تجربی و تجزیه و تحلیل
پنج فشار در آزمایش عبارتند از: فشار معمولی، 0.23 MPa، 0.54 MPa، 1.08 Mpa و 1.47 Mpa. به منظور دقت بیشتر نتایج تجربی، هر فشار به مدت 48 ساعت به طور مداوم ثبت می شود
در شرایط تخلیه طبیعی ثابت و پایدار، با افزایش فشار دیوار، میزان تبخیر روزانه افزایش مییابد. این دقیقا برعکس چیزی است که در شرایط فشار اتفاق می افتد. به زبان ساده، با افزایش فشار، دمای اشباع مربوطه افزایش مییابد، اختلاف دمای مایع در Dewar و محیط کاهش مییابد و انتقال حرارت کاهش مییابد. اما در عین حال گرمای نهان تبخیر با افزایش دمای اشباع کاهش می یابد. این منجر به نتیجه ای کاملاً متضاد با شرایط نگهداری فشار می شود.
همچنین میتوان نتیجهگیری مهمی داشت: تأثیر تغییرات محیط خارجی بر میزان تبخیر روزانه با گذشت زمان به تأخیر میافتد. دمای محیط در حدود ساعت سه بامداد به حداقل می رسد، از نظر تئوری، سرعت تبخیر باید در این زمان حداقل باشد و نرخ تبخیر در شکل 4 به حداقل مقدار در ساعت هفت صبح می رسد. به طور مشابه، دمای محیط در ساعت دو بعد از ظهر بالاترین میزان است، در حالی که در شکل 4 میزان تبخیر در ساعت ده شب به بالاترین مقدار خود می رسد. این به این دلیل است که عملکرد عایق حرارتی Dewar مورد استفاده در آزمایش بسیار خوب است و مدت زمانی طول می کشد تا تغییر دمای محیط تأثیر قابل توجهی بر میزان تبخیر Dewar داشته باشد.
