Fenómeno del géiser

El fenómeno del géiser se refiere al fenómeno de erupción causado por el transporte de líquido criogénico a través de una tubería vertical larga (en referencia a la relación longitud-diámetro que alcanza un cierto valor) debido a las burbujas producidas por la vaporización del líquido, y la polimerización entre las burbujas ocurrirá con el aumento de burbujas, y finalmente el líquido criogénico saldrá disparado por la entrada de la tubería.

Los géiseres pueden aparecer cuando el caudal en la tubería es bajo, pero solo deben detectarse cuando el flujo se detiene.

Cuando un líquido criogénico fluye hacia abajo por una tubería vertical, el proceso es similar al de preenfriamiento. El líquido criogénico hierve y se vaporiza debido al calor, a diferencia del preenfriamiento. Sin embargo, el calor proviene principalmente de la pequeña influencia del calor ambiental, en lugar de la mayor capacidad calorífica del sistema como en el preenfriamiento. Por lo tanto, se forma una capa límite de líquido a una temperatura relativamente alta cerca de la pared del tubo, en lugar de una película de vapor. Al fluir el líquido por la tubería vertical, debido a la influencia del calor ambiental, la densidad térmica de la capa límite del fluido cerca de la pared disminuye. Bajo la acción de la flotabilidad, el fluido invierte su flujo ascendente, formando la capa límite de fluido caliente, mientras que el fluido frío en el centro fluye hacia abajo, generando convección entre ambos. La capa límite del fluido caliente se engrosa gradualmente en la dirección del flujo principal hasta bloquear completamente el fluido central e impedir la convección. Posteriormente, al no haber convección que disipe el calor, la temperatura del líquido en la zona caliente aumenta rápidamente. Una vez que la temperatura del líquido alcanza la temperatura de saturación, comienza a hervir y a producir burbujas. La bomba de gas zingle ralentiza el ascenso de las burbujas.

Debido a la presencia de burbujas en la tubería vertical, la reacción de la fuerza de cizallamiento viscoso de las burbujas reduce la presión estática en su base, lo que a su vez provoca el sobrecalentamiento del líquido restante y la producción de más vapor. Esto, a su vez, reduce la presión estática, generando así una mayor cantidad de vapor. El fenómeno de un géiser, similar a una explosión, ocurre cuando un líquido, con un destello de vapor, es expulsado de vuelta a la tubería. Una cierta cantidad de vapor, junto con el líquido expulsado a la parte superior del tanque, provoca cambios drásticos en la temperatura general del tanque, lo que resulta en cambios bruscos de presión. Cuando la fluctuación de presión alcanza sus valores máximos y mínimos, es posible que el tanque entre en un estado de presión negativa. El efecto de la diferencia de presión puede causar daños estructurales al sistema.

Tras la erupción de vapor, la presión en la tubería cae rápidamente y el líquido criogénico se reinyecta en la tubería vertical por efecto de la gravedad. El líquido a alta velocidad produce un choque de presión similar al golpe de ariete, que tiene un gran impacto en el sistema, especialmente en los equipos espaciales.

Para eliminar o reducir los daños causados ​​por el fenómeno de los géiseres, en la aplicación, por un lado, se debe prestar atención al aislamiento del sistema de tuberías, ya que la entrada de calor es la causa principal de este fenómeno; por otro lado, se pueden estudiar varias soluciones: inyección de gas inerte no condensable, inyección suplementaria de líquido criogénico y tuberías de recirculación. La esencia de estas soluciones es transferir el exceso de calor del líquido criogénico, evitando la acumulación de calor excesivo y, por lo tanto, previniendo la aparición del fenómeno de los géiseres.

En el esquema de inyección de gas inerte, se suele utilizar helio, que se inyecta por la parte inferior de la tubería. La diferencia de presión de vapor entre el líquido y el helio permite la transferencia de masa del vapor del producto desde el líquido al helio, vaporizando así parte del líquido criogénico, absorbiendo su calor y produciendo un efecto de sobreenfriamiento, lo que evita la acumulación de calor excesivo. Este esquema se utiliza en algunos sistemas de llenado de propulsores espaciales. El llenado suplementario consiste en reducir la temperatura del líquido criogénico mediante la adición de líquido criogénico superenfriado, mientras que el esquema de adición de tuberías de circulación busca establecer una circulación natural entre la tubería y el tanque, transfiriendo el exceso de calor a zonas localizadas y evitando la formación de géiseres.

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Equipos criogénicos HL

HL Cryogenic Equipment, fundada en 1992, es una marca perteneciente a HL Cryogenic Equipment Company Co., Ltd. HL Cryogenic Equipment se dedica al diseño y fabricación de sistemas de tuberías criogénicas con aislamiento de alto vacío y equipos auxiliares relacionados para satisfacer las diversas necesidades de sus clientes. Las tuberías y mangueras flexibles con aislamiento de vacío se fabrican con materiales aislantes especiales multicapa y de múltiples capas, sometidos a un proceso de alto vacío y a tratamientos técnicos y de alto vacío extremadamente rigurosos. Se utilizan para la transferencia de oxígeno líquido, nitrógeno líquido, argón líquido, hidrógeno líquido, helio líquido, etileno licuado (LEG) y gas natural licuado (GNL).

La serie de productos de tuberías con camisa de vacío, mangueras con camisa de vacío, válvulas con camisa de vacío y separadores de fases de HL Cryogenic Equipment Company, que han pasado por una serie de tratamientos técnicos extremadamente estrictos, se utilizan para la transferencia de oxígeno líquido, nitrógeno líquido, argón líquido, hidrógeno líquido, helio líquido, LEG y GNL, y estos productos se utilizan para equipos criogénicos (por ejemplo, tanques criogénicos, dewars y cajas frías, etc.) en industrias como la separación de aire, gases, aviación, electrónica, superconductores, chips, ensamblaje de automatización, alimentos y bebidas, farmacia, hospitales, biobancos, caucho, fabricación de nuevos materiales, ingeniería química, hierro y acero, e investigación científica, etc.