ظاهرة السخان

تشير ظاهرة السخان إلى ظاهرة الانفجار الناجمة عن نقل السائل المبرد أسفل الأنبوب الطويل الرأسي (في إشارة إلى نسبة الطول إلى القطر التي تصل إلى قيمة معينة) بسبب الفقاعات الناتجة عن تبخر السائل، وسوف يحدث البلمرة بين الفقاعات مع زيادة الفقاعات، وأخيرًا سيتم عكس السائل المبرد خارج مدخل الأنبوب.

يمكن أن تحدث السخانات عندما يكون معدل التدفق في خط الأنابيب منخفضًا، ولكن يجب ملاحظتها فقط عندما يتوقف التدفق.

عندما يتدفق السائل المبرد في خط الأنابيب الرأسي، فإنه يشبه عملية التبريد المسبق. سيغلي السائل المبرد ويتبخر بسبب الحرارة، وهو ما يختلف عن عملية التبريد المسبق! ومع ذلك، تأتي الحرارة بشكل أساسي من غزو الحرارة المحيطة الصغيرة، بدلاً من السعة الحرارية الأكبر للنظام في عملية التبريد المسبق. لذلك، تتشكل طبقة حدود السائل ذات درجة الحرارة العالية نسبيًا بالقرب من جدار الأنبوب، بدلاً من غشاء البخار. عندما يتدفق السائل في الأنبوب الرأسي، بسبب غزو الحرارة البيئية، تنخفض الكثافة الحرارية لطبقة حدود السائل بالقرب من جدار الأنبوب. تحت تأثير الطفو، سيعكس السائل تدفقه لأعلى، مكونًا طبقة حدود السائل الساخن، بينما يتدفق السائل البارد في المركز لأسفل، مكونًا تأثير الحمل الحراري بينهما. تزداد سماكة طبقة حدود السائل الساخن تدريجيًا على طول اتجاه التيار الرئيسي حتى تحجب السائل المركزي تمامًا وتوقف الحمل الحراري. بعد ذلك، وبسبب عدم وجود حمل حراري يُزيل الحرارة، ترتفع درجة حرارة السائل في المنطقة الساخنة بسرعة. بعد أن تصل درجة حرارة السائل إلى درجة التشبع، يبدأ بالغليان وتُنتج فقاعات. تُبطئ قنبلة الغاز الزنجيلي من ظهور الفقاعات.

بسبب وجود فقاعات في الأنبوب الرأسي، فإن رد فعل قوة القص اللزج للفقاعة سيقلل الضغط الساكن في أسفل الفقاعة، مما سيؤدي بدوره إلى ارتفاع درجة حرارة السائل المتبقي، وبالتالي إنتاج المزيد من البخار، مما سيؤدي بدوره إلى انخفاض الضغط الساكن، وبالتالي فإن الترويج المتبادل، إلى حد ما، سينتج الكثير من البخار. تحدث ظاهرة السخان، التي تشبه إلى حد ما الانفجار، عندما يقذف سائل يحمل وميضًا من البخار مرة أخرى إلى خط الأنابيب. ستؤدي كمية معينة من البخار الناتجة مع السائل المقذوف إلى المساحة العلوية للخزان إلى تغييرات كبيرة في درجة الحرارة الكلية لمساحة الخزان، مما يؤدي إلى تغييرات كبيرة في الضغط. عندما يكون تقلب الضغط في ذروة ووادي الضغط، فمن الممكن جعل الخزان في حالة ضغط سلبي. سيؤدي تأثير فرق الضغط إلى تلف هيكلي للنظام.

بعد اندفاع البخار، ينخفض ​​ضغط الأنبوب بسرعة، ويُعاد حقن السائل المبرد في الأنبوب الرأسي بفعل الجاذبية. يُحدث السائل عالي السرعة صدمة ضغط تُشبه المطرقة المائية، مما يُؤثر بشكل كبير على النظام، وخاصةً على معدات الفضاء.

لتجنب أو تقليل أضرار ظاهرة السخان الحراري، ينبغي عند التطبيق الاهتمام بعزل نظام الأنابيب، لأن تسرب الحرارة هو السبب الرئيسي لظاهرة السخان الحراري. من جهة أخرى، يمكن دراسة عدة حلول: حقن غاز خامل غير مكثف، وحقن إضافي لسائل تبريد، وأنابيب تدوير. جوهر هذه الحلول هو نقل الحرارة الزائدة من السائل المبرد، وتجنب تراكم الحرارة الزائدة، لمنع حدوث ظاهرة السخان الحراري.

في نظام حقن الغاز الخامل، يُستخدم الهيليوم عادةً كغاز خامل، ويُحقن في قاع خط الأنابيب. يُمكن الاستفادة من فرق ضغط البخار بين السائل والهيليوم لنقل كتلة بخار المنتج من السائل إلى كتلة الهيليوم، مما يُبخّر جزءًا من السائل المُبرّد، ويمتص الحرارة منه، ويُنتج تأثير تبريد زائد، وبالتالي يمنع تراكم الحرارة الزائدة. يُستخدم هذا النظام في بعض أنظمة تعبئة الوقود الفضائي. يهدف الملء الإضافي إلى خفض درجة حرارة السائل المُبرّد بإضافة سائل مُبرّد فائق التبريد، بينما يهدف نظام إضافة خط أنابيب الدوران إلى تهيئة حالة دوران طبيعية بين خط الأنابيب والخزان عن طريق إضافة خط أنابيب، وذلك لنقل الحرارة الزائدة في المناطق المحلية والقضاء على ظروف توليد السخانات.

تابعونا في المقال التالي للحصول على أسئلة أخرى!

معدات التبريد عالي الكفاءة

تأسست شركة HL Cryogenic Equipment عام ١٩٩٢، وهي علامة تجارية تابعة لشركة HL Cryogenic Equipment Company (Cryogenic Equipment Co., Ltd.). تلتزم HL Cryogenic Equipment بتصميم وتصنيع أنظمة الأنابيب المبردة المعزولة عالية التفريغ ومعدات الدعم ذات الصلة لتلبية احتياجات العملاء المتنوعة. تُصنع الأنابيب المعزولة عالية التفريغ والخراطيم المرنة من مواد عازلة خاصة متعددة الطبقات وشاشات متعددة، وتخضع لسلسلة من المعالجات التقنية الدقيقة للغاية، بما في ذلك المعالجة عالية التفريغ، لنقل الأكسجين السائل، والنيتروجين السائل، والأرجون السائل، والهيدروجين السائل، والهيليوم السائل، وغاز الإيثيلين المسال (LEG)، والغاز الطبيعي المسال (LNG).

سلسلة منتجات الأنابيب المغلفة بالفراغ، والخراطيم المغلفة بالفراغ، والصمامات المغلفة بالفراغ، وفاصل الطور في شركة HL Cryogenic Equipment Company، والتي مرت بسلسلة من المعالجات التقنية الصارمة للغاية، تُستخدم لنقل الأكسجين السائل، والنيتروجين السائل، والأرجون السائل، والهيدروجين السائل، والهيليوم السائل، وLEG وLNG، وتُقدم هذه المنتجات للمعدات المبردة (مثل الخزانات المبردة، وخزانات التبريد، وصناديق التبريد، وما إلى ذلك) في صناعات فصل الهواء، والغازات، والطيران، والإلكترونيات، والموصلات الفائقة، والرقائق، وتجميع الأتمتة، والأغذية والمشروبات، والصيدلة، والمستشفيات، والبنك الحيوي، والمطاط، وتصنيع المواد الجديدة، والهندسة الكيميائية، والحديد والصلب، والبحث العلمي، وما إلى ذلك.