Fenomén gejzírů

Fenomén gejzíru označuje erupční jev způsobený prouděním kryogenní kapaliny po dlouhém svislém potrubí (poměr délky k průměru dosahuje určité hodnoty) v důsledku bublin vznikajících odpařováním kapaliny. S rostoucím počtem bublin dochází k polymeraci mezi bublinami a nakonec kryogenní kapalina proudí zpět ven z potrubí.

Gejzíry se mohou objevit, když je průtok v potrubí nízký, ale je třeba si jich všimnout až tehdy, když se průtok zastaví.

Když kryogenní kapalina proudí dolů vertikálním potrubím, je to podobné jako při předchlazování. Kryogenní kapalina se v důsledku tepla vaří a odpařuje, což se liší od procesu předchlazování! Teplo však pochází hlavně z malého vnikání okolního tepla, spíše než z větší tepelné kapacity systému v procesu předchlazování. Proto se v blízkosti stěny trubky tvoří mezní vrstva kapaliny s relativně vysokou teplotou, spíše než parní film. Když kapalina proudí vertikálním potrubím, v důsledku vnikání okolního tepla se tepelná hustota mezní vrstvy kapaliny v blízkosti stěny trubky snižuje. Působením vztlaku se kapalina obrátí směrem nahoru a vytvoří mezní vrstvu horké kapaliny, zatímco studená kapalina uprostřed proudí dolů a vytváří konvekční efekt mezi nimi. Mezní vrstva horké kapaliny postupně houstne podél směru hlavního proudu, dokud zcela neblokuje centrální kapalinu a nezastaví konvekci. Poté, protože nedochází k odvádění tepla, teplota kapaliny v horké oblasti rychle stoupá. Poté, co teplota kapaliny dosáhne teploty nasycení, začne se vařit a vytvářet bubliny. Plynová bomba Zingle zpomaluje vzestup bublin.

Vzhledem k přítomnosti bublin ve svislém potrubí sníží reakce viskózní smykové síly bublin statický tlak na jejich dně, což následně způsobí přehřátí zbývající kapaliny a tím i větší produkci páry, která následně sníží statický tlak. Vzájemné šíření do určité míry tak vytvoří velké množství páry. Fenomén gejzíru, který je do jisté míry podobný explozi, nastává, když kapalina s výbuchem páry vymrští zpět do potrubí. Určité množství páry, které vznikne při vymrštění kapaliny do horní části nádrže, způsobí dramatické změny celkové teploty v prostoru nádrže, což má za následek dramatické změny tlaku. Pokud je kolísání tlaku na vrcholu a v útlumu, je možné, že se nádrž dostane do podtlaku. Vliv tlakového rozdílu povede ke strukturálnímu poškození systému.

Po úniku páry tlak v potrubí prudce klesne a kryogenní kapalina je vlivem gravitace znovu vstřikována do vertikálního potrubí. Vysokorychlostní kapalina vyvolá tlakový ráz podobný vodnímu rázu, který má velký dopad na systém, zejména na kosmické vybavení.

Abychom eliminovali nebo snížili škody způsobené gejzírovým jevem, měli bychom při jeho aplikaci věnovat pozornost izolaci potrubního systému, protože vnikání tepla je hlavní příčinou gejzírového jevu. Na druhou stranu lze zvážit několik schémat: vstřikování inertního nekondenzujícího plynu, doplňkové vstřikování kryogenní kapaliny a cirkulační potrubí. Podstatou těchto schémat je odvádět přebytečné teplo kryogenní kapaliny, zabránit jeho akumulaci a zabránit tak vzniku gejzírového jevu.

V schématu vstřikování inertního plynu se jako inertní plyn obvykle používá hélium, které se vstřikuje do spodní části potrubí. Rozdíl tlaku par mezi kapalinou a héliem lze využít k přenosu hmoty páry produktu z kapaliny do hmoty hélia, čímž se odpaří část kryogenní kapaliny, absorbuje teplo z kryogenní kapaliny a vytváří se efekt podchlazení, čímž se zabrání akumulaci nadměrného tepla. Toto schéma se používá v některých systémech plnění vesmírných pohonných hmot. Doplňkové plnění slouží ke snížení teploty kryogenní kapaliny přidáním podchlazené kryogenní kapaliny, zatímco schéma přidání cirkulačního potrubí slouží k vytvoření přirozeného cirkulačního stavu mezi potrubím a nádrží přidáním potrubí, aby se přeneslo přebytečné teplo v lokálních oblastech a zničily se podmínky pro vznik gejzírů.

Naladěno na další článek s dalšími otázkami!

Kryogenní zařízení HL

Společnost HL Cryogenic Equipment, založená v roce 1992, je značkou přidruženou ke společnosti HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co., Ltd. Společnost HL Cryogenic Equipment se zabývá návrhem a výrobou kryogenních potrubních systémů s vysokou vakuovou izolací a souvisejícího podpůrného zařízení, aby splňovala různé potřeby zákazníků. Vakuově izolované potrubí a flexibilní hadice jsou vyrobeny ze speciálních izolačních materiálů s vysokou vakuovou izolací a vícevrstvou strukturou a procházejí řadou extrémně přísných technických úprav a zpracování vysokou vakuem, které se používají k přenosu kapalného kyslíku, kapalného dusíku, kapalného argonu, kapalného vodíku, kapalného hélia, zkapalněného ethylenu (LEG) a zkapalněného přírodního plynu LNG.

Produktová řada vakuově opláštěných trubek, vakuově opláštěných hadic, vakuově opláštěných ventilů a fázových separátorů od společnosti HL Cryogenic Equipment Company, která prošla řadou extrémně přísných technických úprav, se používá k přenosu kapalného kyslíku, kapalného dusíku, kapalného argonu, kapalného vodíku, kapalného hélia, LEG a LNG. Tyto produkty jsou servisovány pro kryogenní zařízení (např. kryogenní nádrže, Dewarovy nádoby a chladicí boxy atd.) v odvětvích separace vzduchu, plynů, letectví, elektroniky, supravodičů, čipů, automatizace, potravinářství a nápojárenství, farmacie, nemocnic, biobank, gumáren, výroby nových materiálů, chemického inženýrství, železářství a ocelářství a vědeckého výzkumu atd.