Fenômeno do gêiser
O fenômeno do gêiser se refere ao fenômeno de erupção causado pelo transporte do líquido criogênico pelo longo tubo vertical (referindo-se à relação comprimento-diâmetro atingindo um certo valor) devido às bolhas produzidas pela vaporização do líquido, e a polimerização entre as bolhas ocorrerá com o aumento das bolhas e, finalmente, o líquido criogênico será revertido para fora da entrada do tubo.
Gêiseres podem ocorrer quando a vazão na tubulação é baixa, mas eles só precisam ser notados quando o fluxo para.
Quando o líquido criogênico flui para baixo na tubulação vertical, ocorre um processo semelhante ao de pré-resfriamento. O líquido criogênico ferve e vaporiza devido ao calor, o que é diferente do processo de pré-resfriamento! No entanto, o calor provém principalmente da pequena invasão de calor ambiente, em vez da maior capacidade térmica do sistema no processo de pré-resfriamento. Portanto, a camada limite do líquido com temperatura relativamente alta é formada perto da parede do tubo, em vez da película de vapor. Quando o líquido flui na tubulação vertical, devido à invasão de calor ambiental, a densidade térmica da camada limite do fluido perto da parede do tubo diminui. Sob a ação da flutuabilidade, o fluido inverte o fluxo ascendente, formando a camada limite do fluido quente, enquanto o fluido frio no centro flui para baixo, formando o efeito de convecção entre os dois. A camada limite do fluido quente engrossa gradualmente ao longo da direção da corrente principal até bloquear completamente o fluido central e interromper a convecção. Depois disso, como não há convecção para remover o calor, a temperatura do líquido na área quente aumenta rapidamente. Após a temperatura do líquido atingir a temperatura de saturação, ele começa a ferver e produzir bolhas. A bomba de gás Zingle retarda a ascensão das bolhas.
Devido à presença de bolhas na tubulação vertical, a reação da força de cisalhamento viscosa da bolha reduzirá a pressão estática na parte inferior da bolha, o que, por sua vez, fará com que o líquido restante superaqueça, produzindo mais vapor, o que, por sua vez, reduzirá a pressão estática. Assim, a promoção mútua, até certo ponto, produzirá muito vapor. O fenômeno de um gêiser, que é um pouco semelhante a uma explosão, ocorre quando um líquido, carregando um flash de vapor, é ejetado de volta para a tubulação. Uma certa quantidade de vapor resultante com o líquido ejetado para o espaço superior do tanque causará mudanças drásticas na temperatura geral do espaço do tanque, resultando em mudanças drásticas na pressão. Quando a flutuação de pressão está no pico e no vale de pressão, é possível colocar o tanque em um estado de pressão negativa. O efeito da diferença de pressão levará a danos estruturais no sistema.
Após a erupção de vapor, a pressão na tubulação cai rapidamente e o líquido criogênico é reinjetado na tubulação vertical devido ao efeito da gravidade. O líquido em alta velocidade produzirá um choque de pressão semelhante ao golpe de aríete, com grande impacto no sistema, especialmente nos equipamentos espaciais.
Para eliminar ou reduzir os danos causados pelo fenômeno de gêiser, na aplicação, por um lado, devemos prestar atenção ao isolamento do sistema de tubulação, pois a invasão de calor é a causa raiz do fenômeno de gêiser. Por outro lado, diversos esquemas podem ser estudados: injeção de gás inerte não condensado, injeção suplementar de líquido criogênico e tubulação de circulação. A essência desses esquemas é transferir o excesso de calor do líquido criogênico, evitando o acúmulo excessivo de calor, de modo a prevenir a ocorrência do fenômeno de gêiser.
Para o esquema de injeção de gás inerte, o hélio é geralmente usado como gás inerte, e o hélio é injetado na parte inferior da tubulação. A diferença de pressão de vapor entre o líquido e o hélio pode ser usada para fazer a transferência de massa do vapor do produto do líquido para a massa de hélio, de modo a vaporizar parte do líquido criogênico, absorver o calor do líquido criogênico e produzir o efeito de super-resfriamento, evitando assim o acúmulo de calor excessivo. Este esquema é usado em alguns sistemas de enchimento de propelentes espaciais. O enchimento suplementar é para reduzir a temperatura do líquido criogênico pela adição de líquido criogênico super-resfriado, enquanto o esquema de adição de tubulação de circulação é para estabelecer uma condição de circulação natural entre a tubulação e o tanque pela adição de tubulação, de modo a transferir o excesso de calor em áreas locais e destruir as condições para a geração de gêiseres.
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Equipamento Criogênico HL
Fundada em 1992, a HL Cryogenic Equipment é uma marca afiliada à HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co., Ltd. A HL Cryogenic Equipment dedica-se ao projeto e à fabricação de sistemas de tubulação criogênica com isolamento de alto vácuo e equipamentos de suporte relacionados, para atender às diversas necessidades dos clientes. Os tubos e mangueiras flexíveis com isolamento a vácuo são fabricados em materiais isolantes especiais de alto vácuo e multicamadas, e passam por uma série de tratamentos técnicos extremamente rigorosos, incluindo o tratamento de alto vácuo, sendo utilizados para a transferência de oxigênio líquido, nitrogênio líquido, argônio líquido, hidrogênio líquido, hélio líquido, gás etileno liquefeito (LEG) e gás natural liquefeito (GNL).
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Data de publicação: 27 de fevereiro de 2023