Gayzer fenomeni

Gayzer fenomeni, dikey uzun bir borudan (uzunluk-çap oranının belirli bir değere ulaşmasıyla) aşağı doğru taşınan kriyojenik sıvının, sıvının buharlaşması sonucu oluşan kabarcıklar nedeniyle meydana gelen püskürme olayını ifade eder; kabarcıklar arttıkça aralarında polimerizasyon meydana gelir ve sonunda kriyojenik sıvı boru girişinden ters yönde dışarı çıkar.

Boru hattındaki akış hızı düşük olduğunda gayzerler oluşabilir, ancak bunlar yalnızca akış durduğunda fark edilmelidir.

Kriyojenik sıvı dikey boru hattında aşağı doğru akarken, ön soğutma işlemine benzer bir durum söz konusudur. Kriyojenik sıvı, ısı nedeniyle kaynar ve buharlaşır; bu, ön soğutma işleminden farklıdır! Ancak, ısı esas olarak ön soğutma işlemindeki daha büyük sistem ısı kapasitesinden ziyade, küçük ortam ısı girişinden kaynaklanır. Bu nedenle, buhar filmi yerine, boru duvarına yakın bölgede nispeten yüksek sıcaklığa sahip bir sıvı sınır tabakası oluşur. Sıvı dikey boruda akarken, çevresel ısı girişi nedeniyle, boru duvarına yakın sıvı sınır tabakasının termal yoğunluğu azalır. Kaldırma kuvvetinin etkisiyle, sıvı yukarı doğru ters yönde akarak sıcak sıvı sınır tabakasını oluştururken, merkezdeki soğuk sıvı aşağı doğru akarak ikisi arasında konveksiyon etkisi oluşturur. Sıcak sıvının sınır tabakası, ana akım yönünde kademeli olarak kalınlaşır ve sonunda merkezdeki sıvıyı tamamen bloke ederek konveksiyonu durdurur. Bundan sonra, ısıyı uzaklaştıracak bir konveksiyon olmadığı için, sıcak bölgedeki sıvının sıcaklığı hızla yükselir. Sıvının sıcaklığı doyma sıcaklığına ulaştıktan sonra kaynamaya ve kabarcıklar üretmeye başlar. Zingle gaz bombası kabarcıkların yükselişini yavaşlatır.

Dikey boruda kabarcıkların bulunması nedeniyle, kabarcığın viskoz kayma kuvvetinin tepkisi, kabarcığın altındaki statik basıncı azaltacak, bu da kalan sıvının aşırı ısınmasına ve daha fazla buhar oluşmasına neden olacaktır. Buhar da statik basıncı düşürecek, böylece karşılıklı etkileşim sonucunda bir dereceye kadar çok miktarda buhar oluşacaktır. Bir patlamaya biraz benzeyen gayzer olayı, bir miktar buhar taşıyan bir sıvının boru hattına geri püskürmesiyle meydana gelir. Tankın üst kısmına püsküren sıvı ile birlikte oluşan belirli miktarda buhar, tank alanının genel sıcaklığında dramatik değişikliklere ve dolayısıyla basınçta dramatik değişikliklere neden olacaktır. Basınç dalgalanması tepe ve dip noktalarında olduğunda, tankın negatif basınç durumuna geçmesi mümkündür. Basınç farkının etkisi, sistemin yapısal hasarına yol açacaktır.

Buhar püskürmesinin ardından borudaki basınç hızla düşer ve yerçekimi etkisiyle kriyojenik sıvı dikey boruya yeniden enjekte edilir. Yüksek hızlı sıvı, su darbesine benzer bir basınç şoku oluşturur ve bu da sistem üzerinde, özellikle de uzay ekipmanları üzerinde büyük bir etkiye sahiptir.

Gayzer olayının neden olduğu zararı ortadan kaldırmak veya azaltmak için, uygulamada bir yandan boru hattı sisteminin yalıtımına dikkat edilmelidir, çünkü ısı girişi gayzer olayının temel nedenidir; diğer yandan, inert yoğuşmayan gaz enjeksiyonu, kriyojenik sıvı ilave enjeksiyonu ve sirkülasyon boru hattı gibi çeşitli yöntemler incelenebilir. Bu yöntemlerin özü, kriyojenik sıvının fazla ısısını transfer etmek, aşırı ısı birikimini önlemek ve böylece gayzer olayının oluşmasını engellemektir.

İnert gaz enjeksiyon şemasında genellikle inert gaz olarak helyum kullanılır ve helyum boru hattının dibine enjekte edilir. Sıvı ve helyum arasındaki buhar basıncı farkı, ürün buharının sıvıdan helyum kütlesine kütle transferini sağlamak için kullanılabilir; böylece kriyojenik sıvının bir kısmı buharlaşır, kriyojenik sıvıdan ısı emilir ve aşırı soğutma etkisi oluşturulur, böylece aşırı ısı birikimi önlenir. Bu şema bazı uzay yakıtı dolum sistemlerinde kullanılır. Ek dolum, aşırı soğutulmuş kriyojenik sıvı eklenerek kriyojenik sıvının sıcaklığının düşürülmesidir; sirkülasyon boru hattı ekleme şeması ise boru hattı eklenerek boru hattı ile tank arasında doğal bir sirkülasyon koşulu oluşturulması, böylece yerel alanlardaki fazla ısının transfer edilmesi ve gayzer oluşumu için gerekli koşulların ortadan kaldırılmasıdır.

Diğer sorular için bir sonraki makaleyi takip edin!

HL Kriyojenik Ekipman

1992 yılında kurulan HL Cryogenic Equipment, HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co.,Ltd.'ye bağlı bir markadır. HL Cryogenic Equipment, müşterilerinin çeşitli ihtiyaçlarını karşılamak üzere Yüksek Vakum Yalıtımlı Kriyojenik Borulama Sistemi ve ilgili Destek Ekipmanlarının tasarım ve üretimini üstlenmiştir. Vakum Yalıtımlı Boru ve Esnek Hortum, yüksek vakum ve çok katmanlı çok ekranlı özel yalıtım malzemelerinden üretilir ve bir dizi son derece sıkı teknik işlem ve yüksek vakum işleminden geçirilir. Bu ürünler, sıvı oksijen, sıvı azot, sıvı argon, sıvı hidrojen, sıvı helyum, sıvılaştırılmış etilen gazı (LEG) ve sıvılaştırılmış doğal gaz (LNG) transferinde kullanılır.

HL Kriyojenik Ekipman Şirketi'nin son derece sıkı teknik işlemlerden geçirilmiş Vakum Ceketli Boru, Vakum Ceketli Hortum, Vakum Ceketli Vana ve Faz Ayırıcı ürün serisi, sıvı oksijen, sıvı azot, sıvı argon, sıvı hidrojen, sıvı helyum, LEG ve LNG'nin transferinde kullanılır ve bu ürünler, hava ayrıştırma, gazlar, havacılık, elektronik, süperiletken, çip, otomasyon montajı, gıda ve içecek, eczacılık, hastane, biyobanka, kauçuk, yeni malzeme üretimi, kimya mühendisliği, demir-çelik ve bilimsel araştırma gibi sektörlerdeki kriyojenik ekipmanlara (örneğin kriyojenik tanklar, dewarlar ve soğuk kutular vb.) hizmet vermektedir.