Phénomène de geyser

Le phénomène de geyser fait référence au phénomène d'éruption provoqué par le liquide cryogénique transporté dans le long tuyau vertical (se référant au rapport longueur-diamètre atteignant une certaine valeur) en raison des bulles produites par la vaporisation du liquide, et la polymérisation entre les bulles se produira avec l'augmentation des bulles, et finalement le liquide cryogénique sera inversé hors de l'entrée du tuyau.

Des geysers peuvent se produire lorsque le débit dans la canalisation est faible, mais ils ne doivent être remarqués que lorsque le débit s'arrête.

Lorsque le liquide cryogénique s'écoule vers le bas dans une conduite verticale, le processus est similaire au prérefroidissement. Le liquide cryogénique bout et se vaporise sous l'effet de la chaleur, ce qui est différent du prérefroidissement ! Cependant, la chaleur provient principalement de la faible intrusion de chaleur ambiante, plutôt que de la capacité thermique plus importante du système lors du prérefroidissement. Par conséquent, une couche limite liquide, à température relativement élevée, se forme près de la paroi du tube, plutôt qu'un film de vapeur. Lorsque le liquide s'écoule dans la conduite verticale, en raison de l'intrusion de chaleur ambiante, la densité thermique de la couche limite du fluide près de la paroi diminue. Sous l'effet de la poussée d'Archimède, le fluide inverse son écoulement vers le haut, formant une couche limite de fluide chaud, tandis que le fluide froid au centre s'écoule vers le bas, créant un effet de convection entre les deux. La couche limite du fluide chaud s'épaissit progressivement dans le sens du courant principal jusqu'à bloquer complètement le fluide central et stopper la convection. Ensuite, faute de convection pour évacuer la chaleur, la température du liquide dans la zone chaude augmente rapidement. Une fois que la température du liquide atteint la température de saturation, il commence à bouillir et à produire des bulles. La bombe à gaz Zingle ralentit la montée des bulles.

En raison de la présence de bulles dans la conduite verticale, la réaction de la force de cisaillement visqueuse des bulles réduit la pression statique à leur base, ce qui entraîne une surchauffe du liquide restant et donc une production accrue de vapeur, laquelle diminue à son tour la pression statique. La promotion mutuelle produit donc, dans une certaine mesure, une quantité importante de vapeur. Le phénomène de geyser, similaire à une explosion, se produit lorsqu'un liquide, transportant une bouffée de vapeur, est refoulé dans la conduite. La quantité de vapeur générée par le liquide éjecté vers la partie supérieure du réservoir provoque des variations importantes de la température globale du réservoir, entraînant des variations de pression importantes. Lorsque la pression fluctue entre les pics et les creux, le réservoir peut se trouver en dépression. Cette différence de pression peut endommager la structure du système.

Après l'éruption de vapeur, la pression dans le tube chute rapidement et le liquide cryogénique est réinjecté dans le tube vertical sous l'effet de la gravité. La vitesse élevée du liquide produit un choc de pression semblable à un coup de bélier, ce qui a un impact considérable sur le système, en particulier sur les équipements spatiaux.

Afin d'éliminer ou de réduire les dommages causés par le phénomène de geyser, il convient, d'une part, de veiller à l'isolation du système de canalisations, car l'envahissement thermique en est la cause principale ; d'autre part, plusieurs solutions peuvent être envisagées : l'injection de gaz inerte non condensable, l'injection complémentaire de liquide cryogénique et la circulation dans les canalisations. Ces solutions visent essentiellement à transférer l'excès de chaleur du liquide cryogénique et à éviter son accumulation afin de prévenir le phénomène de geyser.

Pour le système d'injection de gaz inerte, l'hélium est généralement utilisé comme gaz inerte et injecté au fond de la canalisation. La différence de pression de vapeur entre le liquide et l'hélium permet de transférer la masse de la vapeur produite du liquide vers la masse d'hélium, afin de vaporiser une partie du liquide cryogénique, d'absorber sa chaleur et de produire un effet de surrefroidissement, empêchant ainsi l'accumulation de chaleur excessive. Ce système est utilisé dans certains systèmes de remplissage de propulseurs spatiaux. Le remplissage supplémentaire consiste à abaisser la température du liquide cryogénique par ajout de liquide cryogénique surfondu, tandis que l'ajout d'une canalisation de circulation permet d'établir une circulation naturelle entre la canalisation et le réservoir, afin de transférer localement la chaleur excédentaire et d'éliminer les conditions propices à la formation de geysers.

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Équipement cryogénique HL

Fondée en 1992, HL Cryogenic Equipment est une marque affiliée à HL Cryogenic Equipment Company (Cryogenic Equipment Co., Ltd.). HL Cryogenic Equipment conçoit et fabrique des systèmes de tuyauterie cryogénique isolée sous vide poussé et des équipements de support associés pour répondre aux différents besoins de ses clients. Les tuyaux et flexibles isolés sous vide sont fabriqués à partir de matériaux isolants spéciaux multicouches et multi-écrans sous vide poussé, et subissent une série de traitements techniques extrêmement rigoureux, notamment un traitement sous vide poussé. Ils sont utilisés pour le transfert d'oxygène liquide, d'azote liquide, d'argon liquide, d'hydrogène liquide, d'hélium liquide, d'éthylène gazeux liquéfié (EGL) et de gaz naturel liquéfié (GNL).

La série de produits de tuyaux à gaine sous vide, de tuyaux à gaine sous vide, de vannes à gaine sous vide et de séparateurs de phases de la société HL Cryogenic Equipment, qui a subi une série de traitements techniques extrêmement stricts, est utilisée pour le transfert d'oxygène liquide, d'azote liquide, d'argon liquide, d'hydrogène liquide, d'hélium liquide, de LEG et de GNL, et ces produits sont entretenus pour les équipements cryogéniques (par exemple, les réservoirs cryogéniques, les Dewars et les boîtes froides, etc.) dans les industries de la séparation de l'air, des gaz, de l'aviation, de l'électronique, des supraconducteurs, des puces, de l'assemblage d'automatisation, de l'alimentation et des boissons, de la pharmacie, de l'hôpital, de la biobanque, du caoutchouc, de la fabrication de nouveaux matériaux, de l'ingénierie chimique, du fer et de l'acier et de la recherche scientifique, etc.