پدیده آبفشان

پدیده آبفشان به پدیده فوران ناشی از انتقال مایع برودتی در لوله بلند عمودی (اشاره به نسبت طول به قطر که به مقدار مشخصی می‌رسد) به دلیل حباب‌های تولید شده در اثر تبخیر مایع اشاره دارد و با افزایش حباب‌ها، پلیمریزاسیون بین حباب‌ها رخ می‌دهد و در نهایت مایع برودتی از ورودی لوله خارج می‌شود.

ممکن است آبفشان‌ها زمانی رخ دهند که سرعت جریان در خط لوله کم باشد، اما فقط زمانی باید به آنها توجه کرد که جریان متوقف شده باشد.

وقتی مایع برودتی در خط لوله عمودی به سمت پایین جریان می‌یابد، شبیه فرآیند پیش‌سرمایش است. مایع برودتی به دلیل گرما می‌جوشد و بخار می‌شود که با فرآیند پیش‌سرمایش متفاوت است! با این حال، گرما عمدتاً از هجوم گرمای محیط کوچک ناشی می‌شود، نه از ظرفیت گرمایی بزرگتر سیستم در فرآیند پیش‌سرمایش. بنابراین، لایه مرزی مایع با دمای نسبتاً بالا در نزدیکی دیواره لوله تشکیل می‌شود، نه از فیلم بخار. هنگامی که مایع در لوله عمودی جریان می‌یابد، به دلیل هجوم گرمای محیط، چگالی حرارتی لایه مرزی سیال در نزدیکی دیواره لوله کاهش می‌یابد. تحت عمل شناوری، سیال جریان رو به بالا را معکوس می‌کند و لایه مرزی سیال داغ را تشکیل می‌دهد، در حالی که سیال سرد در مرکز به سمت پایین جریان می‌یابد و اثر همرفت بین این دو را تشکیل می‌دهد. لایه مرزی سیال داغ به تدریج در امتداد جریان اصلی ضخیم می‌شود تا اینکه سیال مرکزی را به طور کامل مسدود کند و همرفت را متوقف کند. پس از آن، به دلیل عدم وجود همرفت برای گرفتن گرما، دمای مایع در ناحیه گرم به سرعت افزایش می‌یابد. پس از اینکه دمای مایع به دمای اشباع رسید، شروع به جوشیدن و تولید حباب می‌کند. بمب گازی زینگل، سرعت بالا آمدن حباب‌ها را کاهش می‌دهد.

به دلیل وجود حباب‌ها در لوله عمودی، واکنش نیروی برشی ویسکوز حباب، فشار استاتیک در پایین حباب را کاهش می‌دهد که به نوبه خود باعث گرم شدن بیش از حد مایع باقی مانده و در نتیجه تولید بخار بیشتر می‌شود که به نوبه خود فشار استاتیک را کاهش می‌دهد، بنابراین افزایش متقابل، تا حدی، بخار زیادی تولید می‌کند. پدیده آبفشان، که تا حدودی شبیه انفجار است، زمانی رخ می‌دهد که مایعی که حامل بخار ناگهانی است، به داخل خط لوله برمی‌گردد. مقدار مشخصی بخار همراه با مایع خارج شده به فضای بالایی مخزن، باعث تغییرات چشمگیر در دمای کلی فضای مخزن می‌شود و در نتیجه تغییرات چشمگیر در فشار ایجاد می‌شود. هنگامی که نوسان فشار در اوج و دره فشار باشد، می‌توان مخزن را در حالت فشار منفی قرار داد. اثر اختلاف فشار منجر به آسیب ساختاری سیستم خواهد شد.

پس از فوران بخار، فشار در لوله به سرعت افت می‌کند و مایع برودتی به دلیل اثر گرانش دوباره به لوله عمودی تزریق می‌شود. مایع با سرعت بالا یک شوک فشاری شبیه به ضربه قوچ ایجاد می‌کند که تأثیر زیادی بر سیستم، به ویژه تجهیزات فضایی دارد.

برای از بین بردن یا کاهش آسیب‌های ناشی از پدیده آبفشان، در کاربرد، از یک سو، باید به عایق‌بندی سیستم خط لوله توجه کنیم، زیرا هجوم گرما علت اصلی پدیده آبفشان است؛ از سوی دیگر، می‌توان چندین طرح را مورد مطالعه قرار داد: تزریق گاز بی‌اثر غیر چگالشی، تزریق تکمیلی مایع برودتی و خط لوله گردشی. اساس این طرح‌ها انتقال گرمای اضافی مایع برودتی، جلوگیری از تجمع گرمای بیش از حد و جلوگیری از وقوع پدیده آبفشان است.

برای طرح تزریق گاز بی‌اثر، معمولاً از هلیوم به عنوان گاز بی‌اثر استفاده می‌شود و هلیوم به کف خط لوله تزریق می‌شود. اختلاف فشار بخار بین مایع و هلیوم می‌تواند برای انتقال جرم بخار محصول از مایع به جرم هلیوم مورد استفاده قرار گیرد، به طوری که بخشی از مایع برودتی تبخیر شود، گرما از مایع برودتی جذب شود و اثر بیش‌سرمایش ایجاد شود و در نتیجه از تجمع گرمای بیش از حد جلوگیری شود. این طرح در برخی از سیستم‌های پر کردن پیشرانه‌های فضایی استفاده می‌شود. پر کردن تکمیلی به معنای کاهش دمای مایع برودتی با افزودن مایع برودتی فوق سرد است، در حالی که طرح اضافه کردن خط لوله گردشی به معنای ایجاد یک شرایط گردش طبیعی بین خط لوله و مخزن با اضافه کردن خط لوله است، به طوری که گرمای اضافی در مناطق محلی منتقل شود و شرایط تولید آبفشان‌ها از بین برود.

برای سوالات دیگر به مقاله بعدی گوش دهید!

تجهیزات برودتی HL

تجهیزات برودتی HL که در سال ۱۹۹۲ تأسیس شد، برندی وابسته به شرکت تجهیزات برودتی HL با نام تجاری Cryogenic Equipment Co.,Ltd است. HL Cryogenic Equipment متعهد به طراحی و ساخت سیستم لوله‌کشی برودتی عایق‌بندی شده با خلاء بالا و تجهیزات پشتیبانی مرتبط برای برآوردن نیازهای مختلف مشتریان است. لوله و شیلنگ انعطاف‌پذیر عایق‌بندی شده با خلاء بالا و چند لایه از مواد عایق مخصوص چند صفحه‌ای ساخته شده‌اند و از مجموعه‌ای از عملیات فنی بسیار دقیق و عملیات خلاء بالا عبور می‌کنند که برای انتقال اکسیژن مایع، نیتروژن مایع، آرگون مایع، هیدروژن مایع، هلیوم مایع، گاز اتیلن مایع LEG و گاز طبیعی مایع LNG استفاده می‌شود.

سری محصولات لوله با روکش خلاء، شیلنگ با روکش خلاء، شیر با روکش خلاء و جداکننده فاز در شرکت تجهیزات برودتی HL که از یک سری عملیات فنی بسیار دقیق عبور کرده‌اند، برای انتقال اکسیژن مایع، نیتروژن مایع، آرگون مایع، هیدروژن مایع، هلیوم مایع، LEG و LNG استفاده می‌شوند و این محصولات برای تجهیزات برودتی (مانند مخازن برودتی، محفظه‌های انجماد و جعبه‌های سرد و غیره) در صنایع جداسازی هوا، گازها، هوانوردی، الکترونیک، ابررساناها، تراشه‌ها، مونتاژ اتوماسیون، مواد غذایی و آشامیدنی، داروسازی، بیمارستان، بیوبانک، لاستیک، تولید مواد جدید، مهندسی شیمی، آهن و فولاد و تحقیقات علمی و غیره سرویس می‌شوند.