À propos du taux d'évaporation quotidien du Dewar à basse température

Le taux d'évaporation quotidien du Dewar est le paramètre technique le plus important pour évaluer les performances d'isolation thermique du Dewar, ce qui peut refléter plus intuitivement les performances de conservation du froid du Dewar. La norme nationale exige la limite supérieure du taux d'évaporation quotidien statique (pression de travail 1,0-1,6 MPa) du Dewar adiabatique multicouche à vide poussé contenant de l'azote liquide, voir tableau 1 :

Tableau 1 Limite supérieure du taux d'évaporation quotidien statique du Dewar adiabatique multicouche sous vide poussé

Il est d'une grande importance pour la conception et le fonctionnement du Dewar d'étudier les changements de température et de pression dans le Dewar et de déterminer le taux d'évaporation quotidien du Dewar sous la pression de travail par des expériences. Cet article traite de l'effet de la pression de Dewar sur le taux d'évaporation quotidien et révèle quantitativement la loi de variation du taux d'évaporation quotidien avec la pression grâce à des recherches expérimentales.

1 Effet de la pression sur le taux d'évaporation journalier

D'une manière générale, le taux d'évaporation d'un récipient cryogénique fait référence au taux d'évaporation d'une quantité appropriée de liquide cryogénique contenu dans le récipient après avoir atteint l'équilibre thermique dans des conditions standard (0°C). Il est généralement calculé par , il est donc aussi appelé taux d'évaporation journalier, c'est-à-dire le rapport de la quantité de liquide évaporé en 24 heures au volume nominal du récipient.

L'influence de la pression sur le taux d'évaporation quotidien se reflète principalement dans la différence de température et la chaleur latente de vaporisation. A l'état d'équilibre, la pression de saturation Dewar correspond à la température de saturation. Plus la pression de saturation est élevée, plus la température de saturation est élevée, plus la différence de température avec l'environnement est faible et plus le transfert de chaleur est faible. Mais en même temps, la chaleur latente de vaporisation sous la pression de saturation est également réduite et le taux d'évaporation quotidien est le rapport du transfert de chaleur à la chaleur latente de vaporisation. Par conséquent, il est nécessaire de mener des analyses qualitatives et quantitatives sur le taux d'évaporation quotidien par le biais d'expériences pour fournir une base pour des applications d'ingénierie pratiques.

2. Dispositif expérimental et processus expérimental

2.1 Présentation du dispositif expérimental

Dans cette expérience, le débitmètre massique a été utilisé pour mesurer le débit massique de Dewar sous cinq pressions différentes, puis le taux d'évaporation quotidien a été calculé. Le Dewar utilisé dans l'expérience est un Dewar adiabatique multicouche à basse température et à vide élevé de 175 L produit par un fabricant national.

La structure de support Dewar, le réservoir intérieur et la coque extérieure sont tous en acier inoxydable austénitique, et la méthode d'isolation thermique multicouche sous vide poussé est adoptée, et les matériaux d'isolation thermique sont une feuille d'aluminium et de la fibre de verre. La partie supérieure du Dewar est équipée d'une vanne d'entrée et de sortie de liquide, d'une vanne d'air, d'une vanne de surpression et d'une vanne d'évent, et un auto-booster et un vaporisateur sont installés à l'intérieur. Le volume géométrique est de 175L, le volume effectif est de 157L ; le diamètre intérieur de la doublure est de 450 mm ; le diamètre intérieur de la coque est de 500 mm

La longueur du tuyau entre la vanne de régulation de pression et le débitmètre est de 5 mètres, ce qui joue le rôle de vaporisation et de réduction de pression. De plus, il convient de noter que l'instrument utilisé pour mesurer le débit dans l'expérience est un débitmètre massique du modèle M-5SLPM-D produit par Alicat Scientific aux États-Unis, avec une précision de ± 0,05 SLPM (litre standard /minute), et peut automatiquement Les données sont enregistrées, de sorte que les exigences de mesure sont pleinement satisfaites.

2.2 Procédure de mesure

(1) Le milieu d'essai est de l'azote liquide et le taux de remplissage est de 90 %. Ouvrez la vanne d'évent du Dewar, fermez les autres vannes du Dewar et laissez reposer pendant 48 heures ;

(2) Lorsque la pression à l'intérieur du Dewar est stable à la pression normale, connectez le tuyau à la vanne d'aération et connectez le débitmètre massique. Faites attention à l'étanchéité de la connexion;

(3) Après avoir observé que le débit d'azote gazeux liquide est stable, commencez à enregistrer les données ;

(4) Le débitmètre massique enregistre en continu pendant 48 heures ;

(5) Après la mesure de la pression atmosphérique, fermez la vanne d'aération, déconnectez le tuyau de la vanne d'aération et connectez la vanne de régulation de pression à la vanne d'aération ;

(6) Lorsque la vanne d'évent est fermée, ouvrez la vanne de surpression Dewar. Lorsque la pression du manomètre Dewar indique environ 0,3 MPa, fermez la soupape de surpression ;

(7) Ajustez la soupape de régulation de pression, ajustez la pression d'ouverture de la soupape de régulation de pression à 0,23 MPa et laissez-la reposer pendant 24 heures ;

(8) Après stabilisation, connectez le tuyau à la vanne de régulation de pression, connectez le débitmètre massique et commencez à enregistrer les données.

(9) Après avoir enregistré pendant 48 heures, fermez la vanne d'évent, mettez à nouveau sous pression et répétez les étapes (6) à (8) pour enregistrer le débit massique sous la pression Dewar de 0,54 MPa, 1,08 MPa et 1,47 MPa

3. Résultats expérimentaux et analyse

Les cinq pressions de l'expérience sont : pression normale, 0,23 MPa, 0,54 MPa, 1,08 MPa et 1,47 MPa. Afin de rendre les résultats expérimentaux plus précis, chaque pression est enregistrée en continu pendant 48 heures

Dans des conditions de débit naturel statique et stable, le taux d'évaporation quotidien augmente avec l'augmentation de la pression du Dewar. C'est exactement le contraire de ce qui se passe dans des conditions de pression. En termes simples, à mesure que la pression augmente, la température de saturation correspondante augmente, la différence de température entre le liquide dans le Dewar et l'environnement diminue et le transfert de chaleur diminue. Mais en même temps, la chaleur latente de vaporisation diminue avec l'augmentation de la température de saturation. Cela conduit à une conclusion complètement opposée à la condition de maintien de la pression.

Nous pouvons également tirer une conclusion importante : l'impact des modifications de l'environnement extérieur sur le taux d'évaporation journalier est retardé dans le temps. La température ambiante atteint le minimum vers trois heures du matin, théoriquement parlant, le taux d'évaporation devrait être le minimum à ce moment, et le taux d'évaporation de la figure 4 atteint la valeur minimale à sept heures du matin ; de même, la température ambiante est la plus élevée à deux heures de l'après-midi, tandis que sur la figure 4 Le taux d'évaporation atteint sa valeur la plus élevée à dix heures du soir. En effet, les performances d'isolation thermique du Dewar utilisé dans l'expérience sont très bonnes et il faut un certain temps pour que le changement de la température ambiante ait un impact significatif sur le taux d'évaporation du Dewar.