Tentang Tingkat Penguapan Harian Dewar Suhu Rendah

Laju penguapan harian Dewar adalah parameter teknis terpenting untuk mengevaluasi kinerja insulasi termal Dewar, yang secara lebih intuitif dapat mencerminkan kinerja pengawetan dingin Dewar. Standar nasional mensyaratkan batas atas laju penguapan harian statis (tekanan kerja 1,0-1,6Mpa) dari Dewar adiabatik multi-lapisan vakum tinggi yang mengandung nitrogen cair, lihat Tabel 1:

Tabel 1 Batas atas laju penguapan harian statis Dewar adiabatik multilayer vakum tinggi

Sangat penting untuk desain dan pengoperasian Dewar untuk mempelajari perubahan suhu dan tekanan di Dewar, dan untuk menentukan laju penguapan harian Dewar di bawah tekanan kerja melalui eksperimen. Makalah ini membahas pengaruh tekanan Dewar terhadap laju penguapan harian, dan secara kuantitatif mengungkap hukum variasi laju penguapan harian dengan tekanan melalui penelitian eksperimen.

1 Pengaruh tekanan pada tingkat penguapan harian

Secara umum, laju penguapan wadah kriogenik mengacu pada laju penguapan sejumlah cairan kriogenik yang sesuai yang terkandung dalam wadah setelah mencapai kesetimbangan termal dalam kondisi standar (0°C). Biasanya dihitung dengan , sehingga disebut juga laju penguapan harian, yaitu rasio jumlah cairan yang diuapkan dalam waktu 24 jam dengan volume nominal wadah.

Pengaruh tekanan pada laju penguapan harian terutama tercermin dalam perbedaan suhu dan panas laten penguapan. Pada kondisi tunak, tekanan saturasi Dewar sesuai dengan suhu saturasi. Semakin tinggi tekanan saturasi, semakin tinggi temperatur saturasi, semakin kecil perbedaan temperatur dengan lingkungan, dan semakin kecil perpindahan kalor. Tetapi pada saat yang sama, panas laten penguapan di bawah tekanan saturasi juga berkurang, dan laju penguapan harian adalah rasio perpindahan panas terhadap panas laten penguapan. Oleh karena itu, perlu dilakukan analisis kualitatif dan kuantitatif terhadap laju penguapan harian melalui eksperimen untuk memberikan dasar aplikasi teknik praktis.

2. Alat percobaan dan proses percobaan

2.1 Pengantar perangkat percobaan

Dalam percobaan ini, meteran aliran massa digunakan untuk mengukur aliran massa Dewar di bawah lima tekanan yang berbeda, kemudian laju penguapan harian dihitung. Dewar yang digunakan dalam percobaan adalah Dewar adiabatik multi-lapisan suhu rendah suhu rendah 175L yang diproduksi oleh produsen dalam negeri.

Struktur pendukung Dewar, tangki bagian dalam dan cangkang luar semuanya terbuat dari baja tahan karat austenitik, dan metode insulasi panas multi-lapisan vakum tinggi diadopsi, dan bahan insulasi panasnya adalah aluminium foil dan serat kaca. Bagian atas Dewar dilengkapi dengan katup saluran masuk dan keluar cairan, katup udara, katup pendorong, dan katup ventilasi, serta penguat otomatis dan alat penguap dipasang di dalamnya. Volume geometrisnya adalah 175L, volume efektifnya adalah 157L; diameter bagian dalam liner adalah 450mm; diameter bagian dalam cangkang adalah 500mm

Panjang selang antara katup pengatur tekanan dan flowmeter adalah 5 meter, yang berperan sebagai penguapan dan pengurangan tekanan. Selain itu perlu diperhatikan bahwa alat yang digunakan untuk mengukur debit pada percobaan adalah mass flow meter model M-5SLPM-D yang diproduksi oleh Alicat Scientific di Amerika Serikat, dengan ketelitian ±0,05SLPM (standard liter / menit), dan dapat secara otomatis Data direkam, sehingga persyaratan pengukuran terpenuhi sepenuhnya.

2.2 Prosedur pengukuran

(1) Media uji adalah nitrogen cair, dan tingkat pengisiannya adalah 90%. Buka katup ventilasi Dewar, tutup katup lainnya pada Dewar, dan diamkan selama 48 jam;

(2) Saat tekanan di dalam Dewar stabil pada tekanan normal, sambungkan selang ke katup ventilasi dan sambungkan pengukur aliran massa. Perhatikan ketatnya sambungan;

(3) Setelah mengamati bahwa aliran gas nitrogen cair stabil, mulai merekam data;

(4) Mass flowmeter merekam terus menerus selama 48 jam;

(5) Setelah pengukuran tekanan atmosfer, tutup katup ventilasi, lepaskan selang dari katup ventilasi, dan sambungkan katup pengatur tekanan ke katup ventilasi;

(6) Saat katup ventilasi tertutup, buka katup penguat Dewar. Ketika tekanan pengukur Dewar menunjukkan sekitar 0,3Mpa, tutup katup booster;

(7) Sesuaikan katup pengatur tekanan, sesuaikan tekanan pembukaan katup pengatur tekanan ke 0,23Mpa, dan diamkan selama 24 jam;

(8) Setelah stabilisasi, sambungkan selang ke katup pengatur tekanan, sambungkan pengukur aliran massa, dan mulailah merekam data.

(9) Setelah merekam selama 48 jam, tutup katup ventilasi, beri tekanan lagi, dan ulangi langkah (6) hingga (8) untuk mencatat laju aliran massa di bawah tekanan Dewar 0,54MPa, 1,08MPa, dan 1,47Mpa

3. Hasil dan analisis eksperimen

Lima tekanan dalam percobaan adalah: tekanan normal, 0,23 MPa, 0,54 MPa, 1,08 Mpa dan 1,47 Mpa. Agar hasil percobaan lebih akurat, setiap tekanan dicatat terus menerus selama 48 jam

Di bawah kondisi debit alami yang statis dan stabil, laju penguapan harian meningkat dengan meningkatnya tekanan Dewar. Ini justru kebalikan dari apa yang terjadi di bawah kondisi tekanan. Secara sederhana, ketika tekanan meningkat, suhu saturasi yang sesuai meningkat, perbedaan suhu antara cairan di Dewar dan lingkungan berkurang, dan perpindahan panas berkurang. Tetapi pada saat yang sama, panas laten penguapan berkurang dengan meningkatnya suhu saturasi. Ini mengarah pada kesimpulan yang sepenuhnya berlawanan dengan kondisi penahan tekanan.

Kami juga dapat menarik kesimpulan penting: dampak perubahan lingkungan eksternal pada laju penguapan harian tertunda seiring waktu. Suhu sekitar mencapai minimum sekitar pukul tiga pagi, secara teoritis, laju penguapan harus minimum saat ini, dan laju penguapan pada Gambar 4 mencapai nilai minimum pada pukul tujuh pagi; Demikian pula, suhu lingkungan tertinggi pada pukul dua siang, sedangkan pada Gambar 4 Laju penguapan mencapai nilai tertinggi pada pukul sepuluh malam. Hal ini karena kinerja insulasi termal Dewar yang digunakan dalam percobaan sangat baik, dan membutuhkan waktu lama agar perubahan suhu sekitar berdampak signifikan terhadap laju penguapan Dewar.