Giới thiệu về nhiệt độ thấp Dewar Tỷ lệ bay hơi hàng ngày

Tốc độ bay hơi hàng ngày của Dewar là thông số kỹ thuật quan trọng nhất để đánh giá hiệu suất cách nhiệt của Dewar, có thể phản ánh trực quan hơn hiệu suất bảo quản lạnh của Dewar. Tiêu chuẩn quốc gia yêu cầu giới hạn trên của tốc độ bay hơi tĩnh hàng ngày (áp suất làm việc 1,0-1,6Mpa) của Dewar đoạn nhiệt nhiều lớp chân không cao có chứa nitơ lỏng, xem Bảng 1:

Bảng 1 Giới hạn trên của tốc độ bay hơi tĩnh hàng ngày của Dewar đoạn nhiệt nhiều lớp chân không cao

Điều quan trọng đối với việc thiết kế và vận hành Dewar là nghiên cứu sự thay đổi của nhiệt độ và áp suất trong Dewar, đồng thời xác định tốc độ bay hơi hàng ngày của Dewar dưới áp suất làm việc thông qua các thí nghiệm. Bài báo này thảo luận về ảnh hưởng của áp suất Dewar đến tốc độ bay hơi ngày và tiết lộ một cách định lượng quy luật biến thiên của tốc độ bay hơi ngày theo áp suất thông qua nghiên cứu thực nghiệm.

1 Ảnh hưởng của áp suất đến tốc độ bay hơi ngày

Nói chung, tốc độ bay hơi của vật chứa đông lạnh đề cập đến tốc độ bay hơi của một lượng chất lỏng đông lạnh thích hợp chứa trong vật chứa sau khi đạt trạng thái cân bằng nhiệt trong điều kiện tiêu chuẩn (0°C). Nó thường được tính bằng , vì vậy nó còn được gọi là tốc độ bay hơi hàng ngày, nghĩa là tỷ lệ giữa lượng chất lỏng bay hơi trong vòng 24 giờ với thể tích danh nghĩa của vật chứa.

Ảnh hưởng của áp suất đến tốc độ bay hơi hàng ngày chủ yếu được phản ánh trong chênh lệch nhiệt độ và ẩn nhiệt hóa hơi. Ở trạng thái ổn định, áp suất bão hòa Dewar tương ứng với nhiệt độ bão hòa. Áp suất bão hòa càng cao, nhiệt độ bão hòa càng cao, chênh lệch nhiệt độ với môi trường càng nhỏ, truyền nhiệt càng nhỏ. Nhưng đồng thời, ẩn nhiệt hóa hơi dưới áp suất bão hòa cũng giảm, và tốc độ bay hơi hàng ngày là tỷ lệ giữa truyền nhiệt và ẩn nhiệt hóa hơi. Do đó, cần tiến hành phân tích định tính và định lượng tốc độ bay hơi hàng ngày thông qua các thí nghiệm để làm cơ sở cho các ứng dụng kỹ thuật thực tế.

2. Dụng cụ thí nghiệm và quy trình thí nghiệm

2.1 Giới thiệu về thiết bị thí nghiệm

Trong thí nghiệm này, đồng hồ đo lưu lượng khối lượng được sử dụng để đo lưu lượng khối lượng của Dewar dưới 5 áp suất khác nhau, sau đó tính tốc độ bay hơi hàng ngày. Dewar được sử dụng trong thí nghiệm là Dewar đoạn nhiệt nhiều lớp chân không cao nhiệt độ thấp 175L do một nhà sản xuất trong nước sản xuất.

Cấu trúc hỗ trợ Dewar, bể chứa bên trong và vỏ ngoài đều được làm bằng thép không gỉ austenit, áp dụng phương pháp cách nhiệt nhiều lớp chân không cao, vật liệu cách nhiệt là lá nhôm và sợi thủy tinh. Phần trên của Dewar được trang bị van nạp và xả chất lỏng, van khí, van tăng áp và van thông hơi, bên trong có lắp đặt bộ tự tăng áp và máy hóa hơi. Thể tích hình học là 175L, thể tích hiệu dụng là 157L; đường kính trong của lớp lót là 450mm; đường kính trong của vỏ là 500mm

Chiều dài của ống giữa van điều chỉnh áp suất và lưu lượng kế là 5 mét, đóng vai trò hóa hơi và giảm áp suất. Ngoài ra, cần lưu ý dụng cụ dùng để đo lưu lượng trong thí nghiệm là đồng hồ đo lưu lượng khối lượng model M-5SLPM-D do hãng Alicat Scientific của Mỹ sản xuất, có độ chính xác ±0.05SLPM (lít chuẩn). / phút), và có thể tự động Dữ liệu được ghi lại, vì vậy các yêu cầu đo lường được đáp ứng đầy đủ.

2.2 Quy trình đo

(1) Môi trường thử nghiệm là nitơ lỏng và tỷ lệ lấp đầy là 90%. Mở van thông hơi Dewar, đóng các van khác trên Dewar và để yên trong 48 giờ;

(2) Khi áp suất bên trong Dewar ổn định ở áp suất bình thường, nối ống với van thông hơi và nối đồng hồ đo lưu lượng. Chú ý đến độ kín của kết nối;

(3) Sau khi quan sát thấy dòng khí nitơ lỏng ổn định thì bắt đầu ghi số liệu;

(4) Lưu lượng kế ghi liên tục trong 48 giờ;

(5) Sau khi đo áp suất khí quyển, đóng van thông hơi, ngắt kết nối ống mềm khỏi van thông hơi và kết nối van điều chỉnh áp suất với van thông hơi;

(6) Khi đóng van thông hơi, hãy mở van tăng áp Dewar. Khi áp suất máy đo Dewar hiển thị khoảng 0,3Mpa, hãy đóng van tăng áp;

(7) Điều chỉnh van điều chỉnh áp suất, điều chỉnh áp suất mở của van điều áp thành 0,23Mpa và để yên trong 24 giờ;

(8) Sau khi ổn định, kết nối ống với van điều chỉnh áp suất, kết nối đồng hồ đo lưu lượng khối lượng và bắt đầu ghi dữ liệu.

(9) Sau khi ghi trong 48 giờ, đóng van thông hơi, tạo áp suất lại và lặp lại các bước (6) đến (8) để ghi lại lưu lượng khối lượng dưới áp suất Dewar là 0,54MPa, 1,08MPa và 1,47Mpa

3. Kết quả thực nghiệm và phân tích

Năm áp suất trong thí nghiệm là: áp suất bình thường, 0,23 MPa, 0,54 MPa, 1,08 Mpa và 1,47 Mpa. Để làm cho kết quả thí nghiệm chính xác hơn, mỗi áp suất được ghi lại liên tục trong 48 giờ

Trong điều kiện xả tự nhiên tĩnh và ổn định, tốc độ bay hơi hàng ngày tăng cùng với sự gia tăng của áp suất Dewar. Điều này hoàn toàn ngược lại với những gì xảy ra trong điều kiện áp lực. Nói một cách đơn giản, khi áp suất tăng, nhiệt độ bão hòa tương ứng tăng, chênh lệch nhiệt độ giữa chất lỏng trong Dewar và môi trường giảm, truyền nhiệt giảm. Nhưng đồng thời, ẩn nhiệt hóa hơi giảm khi nhiệt độ bão hòa tăng. Điều này dẫn đến một kết luận hoàn toàn ngược lại với điều kiện giữ áp suất.

Chúng ta cũng có thể rút ra một kết luận quan trọng: tác động của những thay đổi trong môi trường bên ngoài đối với tốc độ bốc hơi hàng ngày bị trì hoãn theo thời gian. Nhiệt độ môi trường đạt mức tối thiểu vào khoảng ba giờ sáng, về mặt lý thuyết, tốc độ bay hơi phải ở mức tối thiểu vào thời điểm này và tốc độ bay hơi trong Hình 4 đạt giá trị tối thiểu vào lúc bảy giờ sáng; tương tự, nhiệt độ môi trường cao nhất vào lúc hai giờ chiều, trong khi ở Hình 4 Tốc độ bay hơi đạt giá trị cao nhất vào lúc mười giờ tối. Điều này là do hiệu suất cách nhiệt của Dewar được sử dụng trong thí nghiệm là rất tốt và phải mất một khoảng thời gian để sự thay đổi của nhiệt độ môi trường có tác động đáng kể đến tốc độ bay hơi của Dewar.