เกี่ยวกับอัตราการระเหยรายวันที่อุณหภูมิต่ำ เดวาร์
อัตราการระเหยรายวันของ เดวาร์ เป็นพารามิเตอร์ทางเทคนิคที่สำคัญที่สุดในการประเมินประสิทธิภาพของฉนวนความร้อนของ เดวาร์ ซึ่งสามารถสะท้อนประสิทธิภาพการเก็บรักษาความเย็นของ เดวาร์ ได้อย่างเป็นธรรมชาติมากขึ้น มาตรฐานแห่งชาติกำหนดขีดจำกัดบนของอัตราการระเหยคงที่รายวัน (แรงดันใช้งาน 1.0-1.6 เมกะปาสคาล) ของ เดวาร์ อะเดียแบติกหลายชั้นสุญญากาศสูงที่มีไนโตรเจนเหลว ดูตารางที่ 1:
ตารางที่ 1 ขีดจำกัดบนของอัตราการระเหยรายวันคงที่ของ เดวาร์ อะเดียแบติกหลายชั้นสุญญากาศสูง
ปริมาณที่กำหนด (L) | 10 | 25 | 50 | 100 | 150 | 175 | 200 | 300 | 450 |
อัตราการระเหยรายวันคงที่ (≤％/d) | 5.5 | 4.2 | 3.0 | 2.8 | 2.5 | 2.1 | 2.0 | 1.9 | 1.9 |
มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการออกแบบและการทำงานของ เดวาร์ เพื่อศึกษาการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและความดันใน เดวาร์ และเพื่อกำหนดอัตราการระเหยรายวันของ เดวาร์ ภายใต้ความกดดันในการทำงานผ่านการทดลอง บทความนี้กล่าวถึงผลกระทบของความดัน เดวาร์ ต่ออัตราการระเหยรายวัน และเผยให้เห็นกฎการแปรผันของอัตราการระเหยรายวันด้วยความดันในเชิงปริมาณผ่านการวิจัยเชิงทดลอง
1 ผลของความดันต่ออัตราการระเหยรายวัน
โดยทั่วไป อัตราการระเหยของภาชนะแช่แข็งหมายถึงอัตราการระเหยของของเหลวแช่แข็งในปริมาณที่เหมาะสมซึ่งบรรจุอยู่ในภาชนะหลังจากถึงจุดสมดุลทางความร้อนภายใต้สภาวะมาตรฐาน (0°C) โดยทั่วไปจะคำนวณโดย ดังนั้นจึงเรียกอีกอย่างว่าอัตราการระเหยรายวัน นั่นคืออัตราส่วนของปริมาณของเหลวที่ระเหยภายใน 24 ชั่วโมงต่อปริมาตรที่ระบุของภาชนะ
อิทธิพลของความดันต่ออัตราการระเหยรายวันส่วนใหญ่สะท้อนให้เห็นในความแตกต่างของอุณหภูมิและความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอ ที่สภาวะคงที่ ความดันอิ่มตัว เดวาร์ จะสอดคล้องกับอุณหภูมิอิ่มตัว ยิ่งความดันอิ่มตัวสูง อุณหภูมิอิ่มตัวก็จะยิ่งสูงขึ้น ความแตกต่างของอุณหภูมิกับสิ่งแวดล้อมก็จะยิ่งน้อยลง และการถ่ายเทความร้อนก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น แต่ในขณะเดียวกัน ความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอภายใต้ความดันอิ่มตัวก็ลดลงเช่นกัน และอัตราการระเหยรายวันคืออัตราส่วนของการถ่ายเทความร้อนต่อความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องทำการวิเคราะห์เชิงคุณภาพและเชิงปริมาณเกี่ยวกับอัตราการระเหยรายวันผ่านการทดลองเพื่อเป็นพื้นฐานสำหรับการใช้งานทางวิศวกรรมเชิงปฏิบัติ
2. อุปกรณ์การทดลองและขั้นตอนการทดลอง
2.1 บทนำเกี่ยวกับอุปกรณ์ทดลอง
ในการทดลองนี้ เครื่องวัดการไหลของมวลถูกใช้เพื่อวัดการไหลของมวลของ เดวาร์ ภายใต้ความกดดันที่แตกต่างกันห้าแบบ จากนั้นจึงคำนวณอัตราการระเหยรายวัน เดวาร์ ที่ใช้ในการทดลองคือ เดวาร์ อะเดียแบติกหลายชั้นอุณหภูมิต่ำที่อุณหภูมิต่ำ 175 ลิตรที่ผลิตโดยผู้ผลิตในประเทศ
โครงสร้างรองรับ เดวาร์ ถังด้านในและเปลือกนอกทั้งหมดทำจากสเตนเลสออสเทนนิติก และใช้วิธีฉนวนความร้อนหลายชั้นแบบสูญญากาศสูง และวัสดุฉนวนความร้อนคืออลูมิเนียมฟอยล์และใยแก้ว ส่วนบนของ เดวาร์ ติดตั้งวาล์วทางเข้าและทางออกของของเหลว วาล์วลม วาล์วเพิ่มแรงดันและวาล์วระบาย และภายในมีบูสเตอร์ในตัวและเครื่องพ่นไอน้ำ ปริมาตรทางเรขาคณิตคือ 175L ปริมาตรที่มีผลคือ 157L เส้นผ่านศูนย์กลางภายในของซับคือ 450 มม. เส้นผ่านศูนย์กลางภายในของเปลือกคือ 500 มม
ความยาวของท่อระหว่างวาล์วควบคุมแรงดันและมิเตอร์วัดการไหลคือ 5 เมตร ซึ่งมีบทบาทในการระเหยและลดแรงดัน นอกจากนี้ ควรสังเกตว่าเครื่องมือที่ใช้วัดการไหลในการทดลองคือเครื่องวัดการไหลของมวลรุ่น M-5SLPM-D ที่ผลิตโดย อลิแคท วิทยาศาสตร์ ในสหรัฐอเมริกา โดยมีความแม่นยำ ±0.05SLPM (ลิตรมาตรฐาน /นาที) และสามารถบันทึกข้อมูลได้โดยอัตโนมัติ ดังนั้น จึงเป็นไปตามข้อกำหนดการวัดอย่างครบถ้วน
2.2 ขั้นตอนการวัด
(1) สื่อทดสอบคือไนโตรเจนเหลวและอัตราการเติมคือ 90% เปิดวาล์วระบาย เดวาร์ ปิดวาล์วอื่นๆ บน เดวาร์ แล้วปล่อยทิ้งไว้ 48 ชั่วโมง
(2) เมื่อความดันภายใน เดวาร์ คงที่ที่ความดันปกติ ให้ต่อท่อเข้ากับวาล์วระบายและต่อเครื่องวัดอัตราการไหลของมวล ให้ความสนใจกับความหนาแน่นของการเชื่อมต่อ
(3) หลังจากสังเกตว่าการไหลของก๊าซไนโตรเจนเหลวมีความเสถียร ให้เริ่มบันทึกข้อมูล
(4) เครื่องวัดอัตราการไหลของมวลบันทึกอย่างต่อเนื่องเป็นเวลา 48 ชั่วโมง
(5) หลังจากการวัดความดันบรรยากาศ ปิดวาล์วระบาย ถอดท่อออกจากวาล์วระบาย และต่อวาล์วควบคุมความดันเข้ากับวาล์วระบาย
(6) เมื่อปิดวาล์วระบาย ให้เปิดวาล์วเพิ่มแรงดัน เดวาร์ เมื่อความดันมาตรวัด เดวาร์ แสดงประมาณ 0.3Mpa ให้ปิดวาล์วเพิ่มแรงดัน
(7) ปรับวาล์วควบคุมแรงดัน ปรับแรงดันเปิดของวาล์วควบคุมแรงดันเป็น 0.23Mpa และปล่อยทิ้งไว้ 24 ชั่วโมง
(8) หลังจากทำให้เสถียรแล้ว ให้ต่อท่อเข้ากับวาล์วควบคุมแรงดัน ต่อเครื่องวัดอัตราการไหลของมวล และเริ่มบันทึกข้อมูล
(9) หลังจากบันทึกเป็นเวลา 48 ชั่วโมง ให้ปิดวาล์วระบาย อัดแรงดันอีกครั้ง และทำซ้ำขั้นตอน (6) ถึง (8) เพื่อบันทึกอัตราการไหลของมวลภายใต้แรงดัน เดวาร์ ที่ 0.54MPa, 1.08MPa และ 1.47Mpa
3. ผลการทดลองและการวิเคราะห์
ความดันทั้งห้าในการทดลองคือ ความดันปกติ 0.23 MPa, 0.54 MPa, 1.08 เอ็มปา และ 1.47 เอ็มปา เพื่อให้ผลการทดลองแม่นยำยิ่งขึ้น ความดันแต่ละครั้งจะถูกบันทึกอย่างต่อเนื่องเป็นเวลา 48 ชั่วโมง
ภายใต้สภาวะการระบายตามธรรมชาติที่คงที่และคงที่ อัตราการระเหยรายวันจะเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของแรงดัน เดวาร์ สิ่งนี้ตรงกันข้ามกับสิ่งที่เกิดขึ้นภายใต้สภาวะกดดัน พูดง่ายๆ คือ เมื่อความดันเพิ่มขึ้น อุณหภูมิอิ่มตัวที่สอดคล้องกันจะเพิ่มขึ้น ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างของเหลวใน เดวาร์ และสิ่งแวดล้อมจะลดลง และการถ่ายเทความร้อนจะลดลง แต่ในขณะเดียวกันความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอจะลดลงเมื่ออุณหภูมิอิ่มตัวเพิ่มขึ้น สิ่งนี้นำไปสู่ข้อสรุปที่ตรงกันข้ามอย่างสิ้นเชิงกับสภาวะการกักเก็บแรงดัน
เรายังสามารถสรุปผลที่สำคัญ: ผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงในสภาพแวดล้อมภายนอกต่ออัตราการระเหยรายวันนั้นล่าช้าไปตามกาลเวลา อุณหภูมิโดยรอบถึงจุดต่ำสุดในเวลาประมาณบ่ายสามโมง ตามทฤษฎีแล้ว อัตราการระเหยควรมีค่าต่ำสุดในเวลานี้ และอัตราการระเหยในรูปที่ 4 ถึงค่าต่ำสุดเมื่อเจ็ดโมงเช้า ในทำนองเดียวกันอุณหภูมิโดยรอบจะสูงสุดในเวลาบ่ายสองโมง ในขณะที่รูปที่ 4 อัตราการระเหยถึงค่าสูงสุดเมื่อเวลาสิบโมงเย็น ทั้งนี้เนื่องจากประสิทธิภาพของฉนวนความร้อนของ เดวาร์ ที่ใช้ในการทดลองนั้นดีมาก และต้องใช้เวลาระยะหนึ่งกว่าที่การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิโดยรอบจะส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่ออัตราการระเหยของ เดวาร์
