Informationen zur täglichen Verdunstungsrate von Dewar-Gefäßen bei niedriger Temperatur

Die tägliche Verdunstungsrate von Dewar ist der wichtigste technische Parameter zur Bewertung der Wärmedämmleistung von Dewar, der die Kältekonservierungsleistung von Dewar intuitiver widerspiegeln kann. Der nationale Standard erfordert die Obergrenze der statischen täglichen Verdampfungsrate (Arbeitsdruck 1,0–1,6 MPa) des mehrschichtigen adiabatischen Hochvakuum-Dewar-Gefäßes, das flüssigen Stickstoff enthält, siehe Tabelle 1:

Tabelle 1 Obergrenze der statischen täglichen Verdunstungsrate eines mehrschichtigen adiabatischen Hochvakuum-Dewargefäßes

Für die Konstruktion und den Betrieb von Dewar ist es von großer Bedeutung, die Temperatur- und Druckänderungen im Dewar zu untersuchen und durch Experimente die tägliche Verdunstungsrate des Dewar unter Arbeitsdruck zu bestimmen. In diesem Artikel wird die Auswirkung des Dewar-Drucks auf die tägliche Verdunstungsrate erörtert und durch experimentelle Forschung das Variationsgesetz der täglichen Verdunstungsrate mit dem Druck quantitativ aufgezeigt.

1 Einfluss des Drucks auf die tägliche Verdunstungsrate

Im Allgemeinen bezieht sich die Verdampfungsrate eines Kryobehälters auf die Verdampfungsrate einer angemessenen Menge an kryogener Flüssigkeit, die im Behälter enthalten ist, nach Erreichen des thermischen Gleichgewichts unter Standardbedingungen (0 °C). Sie wird im Allgemeinen mit berechnet, daher wird sie auch als tägliche Verdunstungsrate bezeichnet, also das Verhältnis der innerhalb von 24 Stunden verdunsteten Flüssigkeitsmenge zum Nennvolumen des Behälters.

Der Einfluss des Drucks auf die tägliche Verdunstungsrate spiegelt sich hauptsächlich in der Temperaturdifferenz und der latenten Verdampfungswärme wider. Im stationären Zustand entspricht der Dewar-Sättigungsdruck der Sättigungstemperatur. Je höher der Sättigungsdruck, desto höher die Sättigungstemperatur, desto geringer ist der Temperaturunterschied zur Umgebung und desto geringer ist die Wärmeübertragung. Gleichzeitig wird aber auch die latente Verdampfungswärme unter dem Sättigungsdruck reduziert und die tägliche Verdampfungsrate ist das Verhältnis der Wärmeübertragung zur latenten Verdampfungswärme. Daher ist es notwendig, durch Experimente qualitative und quantitative Analysen der täglichen Verdunstungsrate durchzuführen, um eine Grundlage für praktische technische Anwendungen zu schaffen.

2. Experimentelles Gerät und experimenteller Prozess

2.1 Einführung in das Versuchsgerät

In diesem Experiment wurde der Massendurchflussmesser verwendet, um den Massendurchfluss von Dewar unter fünf verschiedenen Drücken zu messen, und dann wurde die tägliche Verdunstungsrate berechnet. Der im Experiment verwendete Dewar ist ein mehrschichtiger adiabatischer Niedertemperatur-Hochvakuum-Dewar mit 175 Litern Fassungsvermögen, der von einem inländischen Hersteller hergestellt wurde.

Die Dewar-Tragstruktur, der Innentank und die Außenhülle bestehen alle aus austenitischem Edelstahl, und es wird die mehrschichtige Hochvakuum-Wärmeisolationsmethode angewendet, und die Wärmeisolationsmaterialien sind Aluminiumfolie und Glasfaser. Der obere Teil des Dewargefäßes ist mit einem Flüssigkeitseinlass- und -auslassventil, einem Luftventil, einem Verstärkerventil und einem Entlüftungsventil ausgestattet, im Inneren sind ein Selbstverstärker und ein Verdampfer installiert. Das geometrische Volumen beträgt 175L, das Nutzvolumen beträgt 157L; der Innendurchmesser des Liners beträgt 450 mm; Der Innendurchmesser der Schale beträgt 500 mm

Die Länge des Schlauchs zwischen dem Druckregelventil und dem Durchflussmesser beträgt 5 Meter und dient der Verdampfung und Druckreduzierung. Darüber hinaus ist zu beachten, dass es sich bei dem im Experiment zur Messung des Durchflusses verwendeten Instrument um einen Massendurchflussmesser des Modells M-5SLPM-D handelt, der von Alicat Scientific in den USA hergestellt wird, mit einer Genauigkeit von ±0,05 SLPM (Standardliter). /Minute) und kann automatisch aufgezeichnet werden, so dass die Messanforderungen vollständig erfüllt werden.

2.2 Messverfahren

(1) Das Testmedium ist flüssiger Stickstoff und die Füllrate beträgt 90 %. Öffnen Sie das Entlüftungsventil des Dewargefäßes, schließen Sie die anderen Ventile am Dewargefäß und lassen Sie es 48 Stunden lang stehen.

(2) Wenn der Druck im Dewar-Gefäß stabil bei Normaldruck ist, schließen Sie den Schlauch an das Entlüftungsventil an und schließen Sie den Massendurchflussmesser an. Achten Sie auf die Dichtheit der Verbindung;

(3) Nachdem Sie festgestellt haben, dass der Flüssigstickstoffgasfluss stabil ist, beginnen Sie mit der Datenaufzeichnung.

(4) Der Massendurchflussmesser zeichnet kontinuierlich 48 Stunden lang auf;

(5) Schließen Sie nach der Messung des Atmosphärendrucks das Entlüftungsventil, trennen Sie den Schlauch vom Entlüftungsventil und schließen Sie das Druckregelventil an das Entlüftungsventil an.

(6) Wenn das Entlüftungsventil geschlossen ist, öffnen Sie das Dewar-Booster-Ventil. Wenn der Dewar-Manometerdruck etwa 0,3 MPa anzeigt, schließen Sie das Verstärkerventil.

(7) Stellen Sie das Druckregelventil ein, stellen Sie den Öffnungsdruck des Druckregelventils auf 0,23 MPa ein und lassen Sie es 24 Stunden lang stehen.

(8) Schließen Sie nach der Stabilisierung den Schlauch an das Druckregelventil an, schließen Sie den Massendurchflussmesser an und beginnen Sie mit der Datenaufzeichnung.

(9) Schließen Sie nach 48-stündiger Aufzeichnung das Entlüftungsventil, setzen Sie es erneut unter Druck und wiederholen Sie die Schritte (6) bis (8), um den Massendurchfluss unter dem Dewar-Druck von 0,54 MPa, 1,08 MPa und 1,47 MPa aufzuzeichnen

3. Experimentelle Ergebnisse und Analyse

Die fünf Drücke im Experiment sind: Normaldruck, 0,23 MPa, 0,54 MPa, 1,08 MPa und 1,47 MPa. Um die experimentellen Ergebnisse genauer zu machen, wird jeder Druck 48 Stunden lang kontinuierlich aufgezeichnet

Unter statischen und stabilen natürlichen Entladungsbedingungen steigt die tägliche Verdunstungsrate mit zunehmendem Dewar-Druck. Dies ist genau das Gegenteil von dem, was unter Druckbedingungen geschieht. Vereinfacht ausgedrückt: Mit zunehmendem Druck steigt die entsprechende Sättigungstemperatur, der Temperaturunterschied zwischen der Flüssigkeit im Dewar-Gefäß und der Umgebung nimmt ab und die Wärmeübertragung nimmt ab. Gleichzeitig nimmt jedoch die latente Verdampfungswärme mit steigender Sättigungstemperatur ab. Dies führt zu einer völlig entgegengesetzten Schlussfolgerung zur Druckhaltebedingung.

Wir können auch eine wichtige Schlussfolgerung ziehen: Der Einfluss von Veränderungen in der äußeren Umgebung auf die tägliche Verdunstungsrate verzögert sich mit der Zeit. Die Umgebungstemperatur erreicht gegen drei Uhr morgens ihr Minimum. Theoretisch sollte die Verdunstungsrate zu diesem Zeitpunkt das Minimum sein, und die Verdunstungsrate in Abbildung 4 erreicht ihren Minimalwert um sieben Uhr morgens. Ebenso ist die Umgebungstemperatur um zwei Uhr nachmittags am höchsten, während in Abbildung 4 die Verdunstungsrate ihren höchsten Wert um zehn Uhr abends erreicht. Dies liegt daran, dass die Wärmedämmleistung des im Experiment verwendeten Dewargefäßes sehr gut ist und es einige Zeit dauert, bis sich die Änderung der Umgebungstemperatur deutlich auf die Verdunstungsrate des Dewargefäßes auswirkt.