Феномен гейзерів

Явище гейзера стосується виверження, спричиненого транспортуванням кріогенної рідини вниз по вертикальній довгій трубі (що стосується досягнення певного значення співвідношення довжини до діаметра) через бульбашки, що утворюються внаслідок випаровування рідини. Полімеризація між бульбашками відбувається зі збільшенням кількості бульбашок, і, зрештою, кріогенна рідина виходить з входу в трубу.

Гейзери можуть виникати, коли швидкість потоку в трубопроводі низька, але їх потрібно помічати лише тоді, коли потік зупиняється.

Коли кріогенна рідина тече вниз по вертикальному трубопроводу, це схоже на процес попереднього охолодження. Кріогенна рідина кипить і випаровується завдяки теплу, що відрізняється від процесу попереднього охолодження! Однак тепло в основному надходить від невеликого проникнення тепла з навколишнього середовища, а не від більшої теплоємності системи в процесі попереднього охолодження. Тому поблизу стінки труби утворюється прикордонний шар рідини з відносно високою температурою, а не пароподібна плівка. Коли рідина тече по вертикальній трубі, через проникнення тепла з навколишнього середовища теплова щільність прикордонного шару рідини поблизу стінки труби зменшується. Під дією плавучості рідина рухається вгору в зворотному напрямку, утворюючи прикордонний шар гарячої рідини, тоді як холодна рідина в центрі тече вниз, утворюючи конвекційний ефект між ними. Прикордонний шар гарячої рідини поступово потовщується вздовж напрямку основного потоку, поки повністю не блокує центральну рідину та не зупиняє конвекцію. Після цього, оскільки немає конвекції для відведення тепла, температура рідини в гарячій зоні швидко підвищується. Після того, як температура рідини досягне температури насичення, вона починає кипіти та утворювати бульбашки. Газова бомба Zingle уповільнює підйом бульбашок.

Через наявність бульбашок у вертикальній трубі, реакція в'язкої зсувної сили бульбашки зменшить статичний тиск на дні бульбашки, що, у свою чергу, призведе до перегріву рідини, що залишилася, утворюючи більше пари, яка, у свою чергу, знизить статичний тиск, тому взаємне просування певною мірою призведе до утворення великої кількості пари. Явище гейзера, яке чимось схоже на вибух, виникає, коли рідина, несучи спалах пари, викидається назад у трубопровід. Певна кількість пари, що утворюється разом з рідиною, викидається у верхній простір резервуара, спричиняє різкі зміни загальної температури в просторі резервуара, що призводить до різких змін тиску. Коли коливання тиску знаходяться на піку та в нижній частині, резервуар може перебувати в стані негативного тиску. Вплив різниці тисків призведе до структурних пошкоджень системи.

Після виверження пари тиск у трубі різко падає, і кріогенна рідина під дією сили тяжіння знову впорскується у вертикальну трубу. Рідина з високою швидкістю створює ударний тиск, подібний до гідравлічного удару, що має великий вплив на систему, особливо на космічне обладнання.

Щоб усунути або зменшити шкоду, спричинену гейзерним явищем, під час застосування, з одного боку, слід звернути увагу на ізоляцію трубопровідної системи, оскільки проникнення тепла є першопричиною гейзерного явища; з іншого боку, можна розглянути кілька схем: впорскування інертного неконденсуючогося газу, додаткове впорскування кріогенної рідини та циркуляційний трубопровід. Суть цих схем полягає в передачі надлишкового тепла кріогенної рідини, уникненні накопичення надмірного тепла, щоб запобігти виникненню гейзерного явища.

Для схеми впорскування інертного газу зазвичай використовується гелій як інертний газ, який впорскується в нижню частину трубопроводу. Різниця тисків пари між рідиною та гелієм може бути використана для здійснення масопередачі пари продукту з рідини в гелієву масу, щоб випарувати частину кріогенної рідини, поглинути тепло з кріогенної рідини та створити ефект переохолодження, запобігаючи накопиченню надмірного тепла. Ця схема використовується в деяких системах заправки космічного палива. Додаткове заправлення полягає у зниженні температури кріогенної рідини шляхом додавання переохолодженої кріогенної рідини, тоді як схема додавання циркуляційного трубопроводу полягає у створенні природних умов циркуляції між трубопроводом і резервуаром шляхом додавання трубопроводу, щоб передати надлишок тепла в локальних зонах та зруйнувати умови для утворення гейзерів.

Переглянув наступну статтю для отримання інших питань!

Кріогенне обладнання HL

Компанія HL Cryogenic Equipment, заснована в 1992 році, є брендом, що входить до складу компанії HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co., Ltd. HL Cryogenic Equipment займається проектуванням та виробництвом високовакуумних ізольованих кріогенних трубопровідних систем та пов'язаного з ними допоміжного обладнання для задоволення різних потреб клієнтів. Вакуумно ізольовані труби та гнучкі шланги виготовлені з високовакуумних та багатошарових багатоекранних спеціальних ізольованих матеріалів і проходять серію надзвичайно суворих технічних обробок та високовакуумної обробки, які використовуються для передачі рідкого кисню, рідкого азоту, рідкого аргону, рідкого водню, рідкого гелію, зрідженого етилену (LEG) та зрідженого природного газу (LNG).

Серія продуктів компанії HL Cryogenic Equipment Company, що пройшла серію надзвичайно суворих технічних обробок, таких як труби з вакуумною оболонкою, шланги з вакуумною оболонкою, клапани з вакуумною оболонкою та фазові роздільники, використовується для перекачування рідкого кисню, рідкого азоту, рідкого аргону, рідкого водню, рідкого гелію, рідких газів та зрідженого природного газу (ЛЕГ) і зрідженого природного газу (ЗПГ). Ці продукти обслуговуються для кріогенного обладнання (наприклад, кріогенних резервуарів, ємностей Дьюара та холодних боксів тощо) у галузях розділення повітря, газів, авіації, електроніки, надпровідника, мікросхем, автоматизованого складання, харчової промисловості та виробництва напоїв, фармацевтики, лікарень, біобанків, гуми, хімічного машинобудування, виробництва чорних металів, а також наукових досліджень тощо.