Fenómeno de los géiseres

El fenómeno del géiser se refiere al fenómeno de erupción causado por el líquido criogénico que se transporta por una tubería larga vertical (refiriéndose a que la relación longitud-diámetro 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 se revertirá fuera de la entrada de la tubería.

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

Cuando el líquido criogénico fluye hacia abajo por la tubería vertical, el proceso es similar al de preenfriamiento. El líquido criogénico hierve y se vaporiza debido al calor, lo cual es diferente del preenfriamiento. Sin embargo, el calor proviene principalmente de la pequeña penetración de calor ambiental, en lugar de la mayor capacidad térmica del sistema durante el preenfriamiento. Por lo tanto, la capa límite del líquido, con una temperatura relativamente alta, se forma cerca de la pared del tubo, en lugar de la película de vapor. Cuando el líquido fluye por la tubería vertical, debido a la penetración de 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 el flujo ascendente, formando la capa límite del fluido caliente, mientras que el fluido frío en el centro fluye hacia abajo, creando el efecto de convección entre ambos. La capa límite del fluido caliente se engrosa gradualmente a lo largo de la dirección principal hasta bloquear completamente el fluido central e interrumpir la convección. Posteriormente, al no haber convección que absorba el calor, la temperatura del líquido en la zona caliente aumenta rápidamente. Después de 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 corte viscosa de la burbuja reducirá la presión estática en la parte inferior de la burbuja, lo que a su vez hará que el líquido restante se sobrecaliente, produciendo así más vapor, lo que a su vez reducirá la presión estática, por lo que la promoción mutua, hasta cierto punto, producirá una gran cantidad de vapor. El fenómeno de un géiser, que es algo similar a una explosión, ocurre cuando un líquido, llevando una llamarada de vapor, se expulsa de nuevo en la tubería. Una cierta cantidad de vapor resultante con el líquido expulsado al espacio superior del tanque causará cambios drásticos en la temperatura general del espacio del tanque, lo que resulta en cambios drásticos en la presión. Cuando la fluctuación de presión se encuentra en el pico y el valle de presión, es posible que el tanque esté en un estado de presión negativa. El efecto de la diferencia de presión provocará daños estructurales al sistema.

Tras la erupción de vapor, la presión en la tubería disminuye 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 a un golpe de ariete, que tiene un gran impacto en el sistema, especialmente en el equipo espacial.

Para eliminar o reducir los daños causados ​​por el fenómeno de géiser, se debe prestar atención al aislamiento del sistema de tuberías, ya que la entrada de calor es la causa principal del fenómeno. Por otro lado, se pueden estudiar varios esquemas: inyección de gas inerte sin condensación, inyección suplementaria de líquido criogénico y tubería de circulación. La esencia de estos esquemas es transferir el exceso de calor del líquido criogénico, evitando su acumulación y, así, prevenir la aparición del fenómeno de géiser.

En el sistema de inyección de gas inerte, se suele utilizar helio como gas inerte, el cual se inyecta en el fondo de la tubería. La diferencia de presión de vapor entre el líquido y el helio permite la transferencia de masa del vapor del producto del líquido a la masa de helio, vaporizando así parte del líquido criogénico, absorbiendo su calor y produciendo un efecto de sobreenfriamiento, evitando así la acumulación excesiva de calor. Este sistema se utiliza en algunos sistemas de llenado de propulsantes espaciales. El llenado suplementario consiste en reducir la temperatura del líquido criogénico mediante la adición de líquido criogénico superenfriado, mientras que la adición de una tubería de circulación permite establecer una circulación natural entre la tubería y el tanque mediante la adición de una tubería, con el fin de transferir el exceso de calor localmente y evitar la formación de géiseres.

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Equipo criogénico HL

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

Las series de productos de tubos con camisa de vacío, mangueras con camisa de vacío, válvulas con camisa de vacío y separadores de fases de HL Cryogenic Equipment Company, que pasaron por una serie de tratamientos técnicos extremadamente estrictos, se utilizan para transferir 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 de separación de aire, gases, aviación, electrónica, superconductores, chips, ensamblaje de automatización, alimentos y bebidas, farmacia, hospitales, biobancos, caucho, ingeniería química de fabricación de nuevos materiales, hierro y acero e investigación científica, etc.