ปรากฏการณ์น้ำพุร้อน

ปรากฏการณ์น้ำพุร้อน หมายถึงปรากฏการณ์การปะทุที่เกิดจากของเหลวอุณหภูมิต่ำมากที่ไหลลงมาตามท่อแนวตั้งยาว (โดยหมายถึงอัตราส่วนความยาวต่อเส้นผ่านศูนย์กลางถึงค่าที่กำหนด) เนื่องมาจากฟองอากาศที่เกิดจากการระเหยของของเหลว และการเกิดพอลิเมอไรเซชันระหว่างฟองอากาศจะเกิดขึ้นเมื่อจำนวนฟองอากาศเพิ่มขึ้น และในที่สุดของเหลวอุณหภูมิต่ำมากจะไหลย้อนกลับออกมาจากปากท่อ

อาจเกิดปรากฏการณ์น้ำพุ่งขึ้นเมื่ออัตราการไหลในท่อต่ำ แต่จะสังเกตเห็นได้ก็ต่อเมื่อการไหลหยุดลงแล้วเท่านั้น

เมื่อของเหลวแช่แข็งไหลลงในท่อแนวตั้ง จะคล้ายกับกระบวนการทำความเย็นล่วงหน้า ของเหลวแช่แข็งจะเดือดและกลายเป็นไอเนื่องจากความร้อน ซึ่งแตกต่างจากกระบวนการทำความเย็นล่วงหน้า! อย่างไรก็ตาม ความร้อนส่วนใหญ่มาจากความร้อนแวดล้อมที่แทรกซึมเข้ามาเล็กน้อย มากกว่าความจุความร้อนของระบบที่มากกว่าในกระบวนการทำความเย็นล่วงหน้า ดังนั้น ชั้นขอบเขตของเหลวที่มีอุณหภูมิค่อนข้างสูงจึงก่อตัวขึ้นใกล้ผนังท่อ แทนที่จะเป็นฟิล์มไอ เมื่อของเหลวไหลในท่อแนวตั้ง เนื่องจากการแทรกซึมของความร้อนจากสิ่งแวดล้อม ความหนาแน่นความร้อนของชั้นขอบเขตของเหลวใกล้ผนังท่อจะลดลง ภายใต้แรงลอยตัว ของเหลวจะไหลย้อนกลับขึ้นด้านบน ก่อตัวเป็นชั้นขอบเขตของเหลวร้อน ในขณะที่ของเหลวเย็นตรงกลางไหลลงด้านล่าง ก่อให้เกิดผลของการพาความร้อนระหว่างทั้งสอง ชั้นขอบเขตของของเหลวร้อนจะหนาขึ้นเรื่อยๆ ตามทิศทางการไหลหลัก จนกระทั่งปิดกั้นของเหลวตรงกลางอย่างสมบูรณ์และหยุดการพาความร้อน หลังจากนั้น เนื่องจากไม่มีการพาความร้อนเพื่อระบายความร้อน อุณหภูมิของของเหลวในบริเวณที่ร้อนจึงสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว เมื่ออุณหภูมิของของเหลวถึงอุณหภูมิอิ่มตัวแล้ว มันจะเริ่มเดือดและเกิดฟองอากาศ ระเบิดแก๊สซิงเกิลช่วยชะลอการเกิดฟองอากาศ

เนื่องจากมีฟองอากาศอยู่ในท่อแนวตั้ง ปฏิกิริยาของแรงเฉือนหนืดของฟองอากาศจะลดความดันสถิตที่ด้านล่างของฟองอากาศ ซึ่งจะทำให้ของเหลวที่เหลืออยู่ร้อนขึ้น ส่งผลให้เกิดไอน้ำมากขึ้น และทำให้ความดันสถิตลดลง ดังนั้นจึงเกิดการส่งเสริมซึ่งกันและกันในระดับหนึ่ง ทำให้เกิดไอน้ำจำนวนมาก ปรากฏการณ์ที่คล้ายกับการระเบิดนี้เกิดขึ้นเมื่อของเหลวที่มีไอน้ำพุ่งออกมาอย่างรวดเร็วพุ่งกลับเข้าไปในท่อ ไอน้ำจำนวนหนึ่งที่พุ่งออกมาพร้อมกับของเหลวไปยังส่วนบนของถังจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างมากในอุณหภูมิโดยรวมของพื้นที่ในถัง ส่งผลให้ความดันเปลี่ยนแปลงอย่างมาก เมื่อความผันผวนของความดันอยู่ในช่วงสูงสุดและต่ำสุด อาจทำให้ถังอยู่ในสภาวะความดันลบได้ ผลกระทบจากความแตกต่างของความดันจะนำไปสู่ความเสียหายทางโครงสร้างของระบบ

หลังจากไอน้ำพุ่งออกมา ความดันในท่อจะลดลงอย่างรวดเร็ว และของเหลวแช่แข็งจะถูกฉีดกลับเข้าไปในท่อแนวตั้งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง ของเหลวที่ไหลด้วยความเร็วสูงจะทำให้เกิดแรงดันกระแทกคล้ายกับปรากฏการณ์ค้อนน้ำ ซึ่งส่งผลกระทบอย่างมากต่อระบบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งอุปกรณ์ในอวกาศ

เพื่อกำจัดหรือลดอันตรายที่เกิดจากปรากฏการณ์น้ำพุร้อน ในการใช้งานนั้น ในด้านหนึ่ง เราควรให้ความสำคัญกับการฉนวนของระบบท่อ เพราะการแทรกซึมของความร้อนเป็นสาเหตุหลักของปรากฏการณ์น้ำพุร้อน ในอีกด้านหนึ่ง สามารถศึกษาแนวทางต่างๆ ได้ เช่น การฉีดก๊าซเฉื่อยที่ไม่ควบแน่น การฉีดของเหลวแช่แข็งเพิ่มเติม และท่อหมุนเวียน สาระสำคัญของแนวทางเหล่านี้คือการถ่ายเทความร้อนส่วนเกินของของเหลวแช่แข็ง เพื่อหลีกเลี่ยงการสะสมความร้อนมากเกินไป และป้องกันการเกิดปรากฏการณ์น้ำพุร้อน

สำหรับวิธีการฉีดก๊าเฉื่อยนั้น โดยทั่วไปจะใช้ฮีเลียมเป็นก๊าเฉื่อย โดยฉีดเข้าไปที่ด้านล่างของท่อส่ง ความแตกต่างของความดันไอระหว่างของเหลวและฮีเลียมสามารถใช้ในการถ่ายเทมวลของไอผลิตภัณฑ์จากของเหลวไปยังมวลของฮีเลียม เพื่อทำให้ของเหลวแช่แข็งบางส่วนกลายเป็นไอ ดูดซับความร้อนจากของเหลวแช่แข็ง และทำให้เกิดผลกระทบจากการเย็นตัวเกิน จึงป้องกันการสะสมความร้อนมากเกินไป วิธีการนี้ใช้ในระบบการเติมเชื้อเพลิงอวกาศบางระบบ การเติมเสริมคือการลดอุณหภูมิของของเหลวแช่แข็งโดยการเติมของเหลวแช่แข็งที่เย็นตัวเกิน ในขณะที่วิธีการเพิ่มท่อส่งหมุนเวียนคือการสร้างสภาวะการหมุนเวียนตามธรรมชาติระหว่างท่อส่งและถังโดยการเพิ่มท่อส่ง เพื่อถ่ายเทความร้อนส่วนเกินในบริเวณเฉพาะและทำลายสภาวะที่ทำให้เกิดการพุ่งของน้ำ

ติดตามบทความถัดไปสำหรับคำถามอื่นๆ!

อุปกรณ์ไครโอเจนิก HL

HL Cryogenic Equipment ซึ่งก่อตั้งขึ้นในปี 1992 เป็นแบรนด์ในเครือของบริษัท HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co.,Ltd. HL Cryogenic Equipment มุ่งมั่นในการออกแบบและผลิตระบบท่อส่งของเหลวแช่แข็งแบบฉนวนสุญญากาศสูง และอุปกรณ์สนับสนุนที่เกี่ยวข้อง เพื่อตอบสนองความต้องการที่หลากหลายของลูกค้า ท่อฉนวนสุญญากาศและท่ออ่อนแบบยืดหยุ่นผลิตจากวัสดุฉนวนพิเศษแบบหลายชั้นหลายระดับที่ใช้ในสภาวะสุญญากาศสูง และผ่านกระบวนการทางเทคนิคที่เข้มงวดอย่างยิ่งและการบำบัดด้วยสุญญากาศสูง ซึ่งใช้สำหรับการลำเลียงออกซิเจนเหลว ไนโตรเจนเหลว อาร์กอนเหลว ไฮโดรเจนเหลว ฮีเลียมเหลว ก๊าซเอทิลีนเหลว (LEG) และก๊าซธรรมชาติเหลว (LNG)

ผลิตภัณฑ์ในกลุ่มท่อหุ้มสุญญากาศ สายยางหุ้มสุญญากาศ วาล์วหุ้มสุญญากาศ และอุปกรณ์แยกเฟส ของบริษัท HL Cryogenic Equipment ซึ่งผ่านกระบวนการตรวจสอบทางเทคนิคที่เข้มงวดอย่างยิ่งหลายขั้นตอน ถูกนำมาใช้ในการลำเลียงออกซิเจนเหลว ไนโตรเจนเหลว อาร์กอนเหลว ไฮโดรเจนเหลว ฮีเลียมเหลว LEG และ LNG และผลิตภัณฑ์เหล่านี้ให้บริการสำหรับอุปกรณ์ไครโอเจนิก (เช่น ถังไครโอเจนิก ดิวาร์ และกล่องเย็น ฯลฯ) ในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น การแยกอากาศ ก๊าซ การบิน อิเล็กทรอนิกส์ ตัวนำยิ่งยวด ชิป การประกอบระบบอัตโนมัติ อาหารและเครื่องดื่ม เภสัชกรรม โรงพยาบาล ธนาคารชีวภาพ ยาง การผลิตวัสดุใหม่ วิศวกรรมเคมี เหล็กและเหล็กกล้า และการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ เป็นต้น