Fenómeno de 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 (cuando la relación longitud-diámetro alcanza un cierto valor) debido a las burbujas producidas por la vaporización del líquido. A medida que aumenta el número de burbujas, se produce la polimerización entre ellas, y finalmente el líquido criogénico sale por la entrada de la tubería.

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

Cuando el líquido criogénico fluye hacia abajo en la tubería vertical, el proceso es similar al de preenfriamiento. El líquido criogénico hierve y se vaporiza debido al calor, lo cual difiere del proceso de preenfriamiento. Sin embargo, el calor proviene principalmente de la pequeña entrada de calor ambiental, en lugar de la mayor capacidad calorífica del sistema, como en el proceso de preenfriamiento. Por lo tanto, se forma una capa límite de líquido con una temperatura relativamente alta cerca de la pared del tubo, en lugar de una película de vapor. Cuando el líquido fluye por la tubería vertical, debido a la entrada de calor ambiental, la densidad térmica de la capa límite del fluido cerca de la pared del tubo disminuye. Bajo la acción de la flotabilidad, el fluido invierte su flujo hacia arriba, formando la capa límite del fluido caliente, mientras que el fluido frío en el centro fluye hacia abajo, generando un efecto de convección entre ambos. La capa límite del fluido caliente se engrosa gradualmente a lo largo de la dirección del flujo principal hasta que bloquea completamente el fluido central e interrumpe la convección. Posteriormente, debido a la falta de convección para disipar 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 la burbuja reducirá la presión estática en la parte inferior de la misma, lo que a su vez sobrecalentará el líquido restante, produciendo más vapor, lo que a su vez disminuirá la presión estática. Por lo tanto, la retroalimentación mutua, hasta cierto punto, producirá una gran cantidad de vapor. El fenómeno del géiser, similar a una explosión, ocurre cuando un líquido, que transporta un destello de vapor, es expulsado de nuevo a la tubería. Una cierta cantidad de vapor, junto con el líquido expulsado al espacio superior del tanque, provocará cambios drásticos en la temperatura general del tanque, lo que resultará en cambios drásticos de presión. Cuando la fluctuación de presión se produce en picos y valles, es posible que el tanque entre en un estado de presión negativa. El efecto de la diferencia de presión provocará daños estructurales en el sistema.

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

Para eliminar o reducir los daños causados ​​por el fenómeno del géiser, en la aplicación, por un lado, debemos prestar atención al aislamiento del sistema de tuberías, ya que la entrada de calor es la causa principal del fenómeno del géiser; por otro lado, se pueden estudiar varios esquemas: inyección de gas inerte no condensable, inyección suplementaria de líquido criogénico y tuberías de circulación. La esencia de estos esquemas es transferir el exceso de calor del líquido criogénico, evitar la acumulación de calor excesivo y, por lo tanto, prevenir la aparición del fenómeno del géiser.

En el esquema de inyección de gas inerte, se suele utilizar helio, que se inyecta en 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 a la masa de helio, vaporizando así parte del líquido criogénico, absorbiendo su calor y produciendo un efecto de sobreenfriamiento 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 subenfriado, mientras que el esquema de adición de tuberías de circulación establece una circulación natural entre la tubería y el tanque, transfiriendo el exceso de calor a zonas localizadas y eliminando las condiciones para la generación de géiseres.

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Equipos criogénicos 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 aisladas de alto vacío y equipos de soporte relacionados para satisfacer las diversas necesidades de los clientes. Las tuberías y mangueras flexibles aisladas al vacío están construidas con materiales aislantes especiales de alto vacío y multicapa, y se someten a una serie de tratamientos técnicos extremadamente rigurosos y a un tratamiento 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).

La gama 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 rigurosos, 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 de 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.