Fenomeno del geyser

Il fenomeno del geyser si riferisce al fenomeno eruttivo causato dal trasporto di un liquido criogenico lungo un tubo verticale (con un rapporto lunghezza-diametro che raggiunge un certo valore) a causa delle bolle prodotte dalla vaporizzazione del liquido. Con l'aumento delle bolle, si verifica la polimerizzazione tra di esse e, infine, il liquido criogenico viene espulso dall'imboccatura del tubo.

I geyser possono formarsi quando la portata nella tubazione è bassa, ma è necessario accorgersene solo quando il flusso si arresta.

Quando un liquido criogenico scorre verso il basso nella tubazione verticale, il processo è simile a quello di preraffreddamento. Il liquido criogenico bolle e vaporizza a causa del calore, a differenza del preraffreddamento! Tuttavia, il calore proviene principalmente da una piccola quantità di calore ambientale, anziché dalla maggiore capacità termica del sistema come nel processo di preraffreddamento. Pertanto, vicino alla parete del tubo si forma uno strato limite di liquido a temperatura relativamente elevata, anziché un film di vapore. Quando il liquido scorre nel tubo verticale, a causa dell'apporto di calore ambientale, la densità termica dello strato limite del fluido vicino alla parete del tubo diminuisce. Per effetto della spinta di galleggiamento, il fluido inverte il flusso verso l'alto, formando uno strato limite di fluido caldo, mentre il fluido freddo al centro scorre verso il basso, creando un effetto convettivo tra i due. Lo strato limite del fluido caldo si ispessisce gradualmente lungo la direzione del flusso principale fino a bloccare completamente il fluido centrale e arrestare la convezione. Successivamente, poiché non vi è più convezione a disperdere il calore, la temperatura del liquido nella zona calda aumenta rapidamente. Quando la temperatura del liquido raggiunge la temperatura di saturazione, inizia a bollire e a produrre bolle. La bomba a gas zingle rallenta la risalita delle bolle.

A causa della presenza di bolle nel tubo verticale, la reazione della forza di taglio viscosa della bolla ridurrà la pressione statica sul fondo della bolla, il che a sua volta surriscalderà il liquido rimanente, producendo così più vapore, che a sua volta abbasserà la pressione statica, in un processo di auto-propagazione che, entro certi limiti, produrrà una grande quantità di vapore. Il fenomeno del geyser, in qualche modo simile a un'esplosione, si verifica quando un liquido, trasportato da un lampo di vapore, viene espulso nuovamente nella tubazione. Una certa quantità di vapore che si forma con il liquido espulso nella parte superiore del serbatoio provoca brusche variazioni nella temperatura complessiva del serbatoio, con conseguenti brusche variazioni di pressione. Quando la fluttuazione di pressione presenta picchi e avvallamenti, è possibile che il serbatoio si trovi in ​​uno stato di pressione negativa. L'effetto della differenza di pressione può portare a danni strutturali al sistema.

Dopo l'eruzione di vapore, la pressione nel tubo diminuisce rapidamente e il liquido criogenico viene reiniettato nel tubo verticale per effetto della gravità. Il liquido ad alta velocità produce uno shock di pressione simile al colpo d'ariete, che ha un forte impatto sul sistema, in particolare sulle apparecchiature spaziali.

Al fine di eliminare o ridurre i danni causati dal fenomeno del geyser, in fase di applicazione, da un lato, è necessario prestare attenzione all'isolamento del sistema di tubazioni, poiché l'ingresso di calore è la causa principale del fenomeno; dall'altro, si possono studiare diverse soluzioni: iniezione di gas inerte non condensabile, iniezione supplementare di liquido criogenico e circolazione del fluido nelle tubazioni. L'essenza di queste soluzioni è quella di trasferire il calore in eccesso del liquido criogenico, evitando l'accumulo di calore eccessivo e prevenendo così il verificarsi del fenomeno del geyser.

Nel sistema di iniezione di gas inerte, si utilizza solitamente l'elio come gas inerte, iniettandolo nella parte inferiore della tubazione. La differenza di pressione di vapore tra il liquido e l'elio può essere sfruttata per effettuare il trasferimento di massa del vapore del prodotto dal liquido alla massa di elio, vaporizzando così parte del liquido criogenico, assorbendo calore dal liquido criogenico e producendo un effetto di sovraraffreddamento, prevenendo in tal modo l'accumulo di calore eccessivo. Questo sistema è utilizzato in alcuni sistemi di riempimento di propellenti spaziali. Il riempimento supplementare consiste nel ridurre la temperatura del liquido criogenico aggiungendo liquido criogenico superraffreddato, mentre il sistema di aggiunta di una tubazione di circolazione prevede di stabilire una condizione di circolazione naturale tra la tubazione e il serbatoio, in modo da trasferire il calore in eccesso nelle aree locali ed eliminare le condizioni per la formazione di geyser.

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Apparecchiature criogeniche HL

HL Cryogenic Equipment, fondata nel 1992, è un marchio affiliato a HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co., Ltd. HL Cryogenic Equipment si dedica alla progettazione e alla produzione di sistemi di tubazioni criogeniche isolate per alto vuoto e relative apparecchiature di supporto per soddisfare le diverse esigenze dei clienti. I tubi isolati sottovuoto e i tubi flessibili sono realizzati con materiali isolanti speciali multistrato e multistrato per alto vuoto e sono sottoposti a una serie di trattamenti tecnici estremamente rigorosi e a un trattamento per alto vuoto. Sono utilizzati per il trasferimento di ossigeno liquido, azoto liquido, argon liquido, idrogeno liquido, elio liquido, gas etilene liquefatto (LEG) e gas naturale liquefatto (LNG).

La serie di prodotti HL Cryogenic Equipment Company, che comprende tubi, tubi flessibili, valvole e separatori di fase con rivestimento sottovuoto, sottoposti a una serie di trattamenti tecnici estremamente rigorosi, è utilizzata per il trasferimento di ossigeno liquido, azoto liquido, argon liquido, idrogeno liquido, elio liquido, LEG e GNL. Questi prodotti trovano impiego in apparecchiature criogeniche (ad esempio serbatoi criogenici, dewar e contenitori termici, ecc.) in settori quali separazione dell'aria, gas, aviazione, elettronica, superconduttori, semiconduttori, assemblaggio automatizzato, alimentare e delle bevande, farmaceutico, ospedaliero, biobanche, gomma, produzione di nuovi materiali, ingegneria chimica, siderurgico e ricerca scientifica.