Hiện tượng mạch nước phun

Hiện tượng mạch nước phun là hiện tượng phun trào do chất lỏng đông lạnh được vận chuyển xuống đường ống dài thẳng đứng (đề cập đến tỷ lệ chiều dài-đường kính đạt đến một giá trị nhất định) do các bong bóng được tạo ra do quá trình bay hơi của chất lỏng và quá trình trùng hợp giữa các bong bóng sẽ xảy ra khi số lượng bong bóng tăng lên, và cuối cùng chất lỏng đông lạnh sẽ bị đảo ngược ra khỏi cửa ống.

Mạch nước phun có thể xuất hiện khi lưu lượng dòng chảy trong đường ống thấp, nhưng chúng ta chỉ cần chú ý đến khi dòng chảy dừng lại.

Khi chất lỏng đông lạnh chảy xuống trong đường ống thẳng đứng, nó tương tự như quá trình làm lạnh sơ bộ. Chất lỏng đông lạnh sẽ sôi và bốc hơi do nhiệt, khác với quá trình làm lạnh sơ bộ! Tuy nhiên, nhiệt chủ yếu đến từ sự xâm nhập nhiệt nhỏ của môi trường xung quanh, chứ không phải là nhiệt dung lớn hơn của hệ thống trong quá trình làm lạnh sơ bộ. Do đó, lớp ranh giới chất lỏng có nhiệt độ tương đối cao được hình thành gần thành ống, chứ không phải là màng hơi. Khi chất lỏng chảy trong đường ống thẳng đứng, do sự xâm nhập nhiệt của môi trường, mật độ nhiệt của lớp ranh giới chất lỏng gần thành ống giảm. Dưới tác dụng của lực đẩy, chất lỏng sẽ đảo ngược dòng chảy hướng lên, hình thành lớp ranh giới chất lỏng nóng, trong khi chất lỏng lạnh ở giữa chảy xuống, tạo thành hiệu ứng đối lưu giữa hai lớp. Lớp ranh giới của chất lỏng nóng dày dần theo hướng dòng chính cho đến khi nó chặn hoàn toàn chất lỏng trung tâm và ngăn chặn sự đối lưu. Sau đó, do không có sự đối lưu để lấy nhiệt, nhiệt độ của chất lỏng trong vùng nóng tăng nhanh. Sau khi nhiệt độ của chất lỏng đạt đến nhiệt độ bão hòa, nó bắt đầu sôi và tạo ra bong bóng. Quả bom khí zingle làm chậm quá trình nổi bong bóng.

Do sự hiện diện của các bong bóng trong ống thẳng đứng, phản ứng của lực cắt nhớt của bong bóng sẽ làm giảm áp suất tĩnh ở đáy bong bóng, điều này sẽ làm cho chất lỏng còn lại bị quá nhiệt, do đó tạo ra nhiều hơi hơn, điều này sẽ làm cho áp suất tĩnh thấp hơn, do đó sự thúc đẩy lẫn nhau, ở một mức độ nhất định, sẽ tạo ra rất nhiều hơi. Hiện tượng mạch nước phun, có phần giống với một vụ nổ, xảy ra khi chất lỏng, mang theo một tia hơi nước, đẩy ngược trở lại đường ống. Một lượng hơi nhất định theo sau chất lỏng bị đẩy lên không gian phía trên của bể sẽ gây ra những thay đổi đáng kể về nhiệt độ chung của không gian bể, dẫn đến những thay đổi đáng kể về áp suất. Khi dao động áp suất ở đỉnh và đáy áp suất, có thể làm cho bể ở trạng thái áp suất âm. Hiệu ứng của sự chênh lệch áp suất sẽ dẫn đến hư hỏng cấu trúc của hệ thống.

Sau khi phun hơi, áp suất trong đường ống giảm nhanh chóng, và chất lỏng đông lạnh được bơm trở lại vào đường ống thẳng đứng do tác động của trọng lực. Chất lỏng tốc độ cao sẽ tạo ra một cú sốc áp suất tương tự như búa nước, có tác động lớn đến hệ thống, đặc biệt là thiết bị vũ trụ.

Để loại bỏ hoặc giảm thiểu tác hại do hiện tượng phun trào nước, trong ứng dụng, một mặt, chúng ta nên chú ý đến việc cách nhiệt của hệ thống đường ống, vì sự xâm nhập nhiệt là nguyên nhân gốc rễ của hiện tượng phun trào nước; mặt khác, có thể nghiên cứu một số phương án: bơm khí trơ không ngưng tụ, bơm bổ sung chất lỏng đông lạnh và đường ống tuần hoàn. Bản chất của các phương án này là truyền nhiệt dư thừa của chất lỏng đông lạnh, tránh tích tụ nhiệt quá mức, từ đó ngăn ngừa hiện tượng phun trào nước.

Đối với sơ đồ phun khí trơ, heli thường được sử dụng làm khí trơ và heli được bơm vào đáy đường ống. Chênh lệch áp suất hơi giữa chất lỏng và heli có thể được sử dụng để tạo ra sự truyền khối lượng hơi sản phẩm từ chất lỏng sang khối heli, để làm bay hơi một phần chất lỏng đông lạnh, hấp thụ nhiệt từ chất lỏng đông lạnh và tạo ra hiệu ứng làm mát quá mức, do đó ngăn ngừa sự tích tụ nhiệt quá mức. Sơ đồ này được sử dụng trong một số hệ thống nạp nhiên liệu không gian. Việc nạp bổ sung là để giảm nhiệt độ của chất lỏng đông lạnh bằng cách thêm chất lỏng đông lạnh siêu lạnh, trong khi sơ đồ bổ sung đường ống tuần hoàn là để thiết lập điều kiện tuần hoàn tự nhiên giữa đường ống và bồn chứa bằng cách bổ sung đường ống, để truyền nhiệt dư thừa trong các khu vực cục bộ và phá hủy các điều kiện tạo ra mạch nước phun.

Hãy theo dõi bài viết tiếp theo để biết thêm những câu hỏi khác nhé!

Thiết bị đông lạnh HL

HL Cryogenic Equipment, được thành lập năm 1992, là một thương hiệu trực thuộc Công ty TNHH Thiết bị Cryogenic HL. HL Cryogenic Equipment cam kết thiết kế và sản xuất Hệ thống Đường ống Cách nhiệt Chân không Cao và các Thiết bị Hỗ trợ liên quan để đáp ứng các nhu cầu đa dạng của khách hàng. Ống cách nhiệt Chân không và Ống mềm được chế tạo bằng vật liệu cách nhiệt đặc biệt nhiều lớp, nhiều màn chắn và chân không cao, trải qua một loạt các quy trình xử lý kỹ thuật và chân không cực kỳ nghiêm ngặt, được sử dụng để vận chuyển oxy lỏng, nitơ lỏng, argon lỏng, hydro lỏng, heli lỏng, khí ethylene hóa lỏng (LEG) và khí thiên nhiên hóa lỏng (LNG).

Dòng sản phẩm Ống chân không bọc, Ống chân không bọc, Van chân không bọc và Bộ tách pha của Công ty Thiết bị Nhiệt độ thấp HL đã trải qua một loạt các quy trình xử lý kỹ thuật cực kỳ nghiêm ngặt, được sử dụng để vận chuyển oxy lỏng, nitơ lỏng, argon lỏng, hydro lỏng, heli lỏng, LEG và LNG, và các sản phẩm này được sử dụng cho thiết bị nhiệt độ thấp (ví dụ: bồn chứa nhiệt độ thấp, bình chứa sương và hộp lạnh, v.v.) trong các ngành công nghiệp tách khí, khí, hàng không, điện tử, siêu dẫn, chip, lắp ráp tự động hóa, thực phẩm & đồ uống, dược phẩm, bệnh viện, ngân hàng sinh học, cao su, sản xuất vật liệu mới, kỹ thuật hóa học, sắt & thép và nghiên cứu khoa học, v.v.