عملية غير مستقرة في النقل

في عملية نقل السوائل المبردة، تُسبب خصائصها الخاصة وعملياتها سلسلة من العمليات غير المستقرة، تختلف عن تلك التي تحدث في السوائل ذات درجة الحرارة العادية في حالة الانتقال قبل الوصول إلى حالة الاستقرار. كما تُسبب هذه العملية غير المستقرة تأثيرًا ديناميكيًا كبيرًا على المعدات، مما قد يُسبب أضرارًا هيكلية. على سبيل المثال، تسبب نظام تعبئة الأكسجين السائل لصاروخ النقل ساتورن 5 في الولايات المتحدة في تمزق خط التسريب بسبب تأثير العملية غير المستقرة عند فتح الصمام. بالإضافة إلى ذلك، تُسبب هذه العملية غير المستقرة تلفًا للمعدات المساعدة الأخرى (مثل الصمامات والمنفاخ وما إلى ذلك) بشكل أكثر شيوعًا. تشمل العملية غير المستقرة في عملية نقل السوائل المبردة بشكل أساسي ملء أنبوب الفرع الأعمى، وملء أنبوب التصريف بعد التفريغ المتقطع للسائل، والعملية غير المستقرة عند فتح الصمام الذي يُشكل غرفة الهواء في المقدمة. تشترك هذه العمليات غير المستقرة في جوهرها، وهو ملء تجويف البخار بسائل مُبرَّد، مما يؤدي إلى حرارة شديدة ونقل كتلة عند السطح البيني ثنائي الطور، مما يؤدي إلى تقلبات حادة في معلمات النظام. وبما أن عملية الملء بعد التفريغ المتقطع للسائل من أنبوب التصريف تُشبه عملية عدم الاستقرار عند فتح الصمام الذي يُشكِّل حجرة الهواء الأمامية، فإن ما يلي يُحلل فقط عملية عدم الاستقرار عند ملء أنبوب الفرع الأعمى وعند فتح الصمام المفتوح.

عملية غير مستقرة لملء أنابيب الفروع العمياء

لضمان سلامة النظام والتحكم فيه، بالإضافة إلى أنبوب النقل الرئيسي، يجب تزويد نظام الأنابيب بأنابيب فرعية مساعدة. كما يُدخل صمام الأمان وصمام التفريغ والصمامات الأخرى في النظام أنابيب فرعية مقابلة. عند تعطل هذه الأنابيب، تُشكل أنابيب فرعية عمياء لنظام الأنابيب. سيؤدي الغزو الحراري لخط الأنابيب من البيئة المحيطة حتمًا إلى وجود تجاويف بخارية في الأنبوب الأعمى (في بعض الحالات، تُستخدم تجاويف البخار خصيصًا لتقليل الغزو الحراري للسائل المبرد من العالم الخارجي "). في حالة الانتقال، سيرتفع الضغط في خط الأنابيب بسبب تعديل الصمام وأسباب أخرى. تحت تأثير فرق الضغط، سيملأ السائل غرفة البخار. إذا لم يكن البخار الناتج عن تبخر السائل المبرد بسبب الحرارة كافيًا لدفع السائل عكسيًا أثناء عملية ملء غرفة الغاز، فسيملأ السائل غرفة الغاز دائمًا. أخيرًا، بعد ملء تجويف الهواء، تتشكل حالة كبح سريعة عند ختم الأنبوب الأعمى، مما يؤدي إلى ضغط حاد بالقرب من الختم.

تنقسم عملية ملء الأنبوب الأعمى إلى ثلاث مراحل. في المرحلة الأولى، يُدفع السائل للوصول إلى أقصى سرعة ملء تحت تأثير فرق الضغط حتى يتوازن الضغط. في المرحلة الثانية، يستمر السائل في التعبئة للأمام بسبب القصور الذاتي. في هذه المرحلة، يُبطئ فرق الضغط العكسي (يزداد الضغط في غرفة الغاز مع عملية الملء) السائل. المرحلة الثالثة هي مرحلة الكبح السريع، حيث يكون تأثير الضغط هو الأكبر.

يمكن تقليل سرعة التعبئة وتقليل حجم تجويف الهواء للحد من الحمل الديناميكي الناتج عن تعبئة أنبوب الفرع الأعمى أو تقليله. في أنظمة الأنابيب الطويلة، يمكن ضبط مصدر تدفق السائل بسلاسة مسبقًا لتقليل سرعة التدفق، مع إبقاء الصمام مغلقًا لفترة طويلة.

من حيث الهيكل، يمكننا استخدام أجزاء توجيه مختلفة لتعزيز دوران السائل في أنبوب الفرع الأعمى، وتقليل حجم تجويف الهواء، وإدخال مقاومة محلية عند مدخل أنبوب الفرع الأعمى أو زيادة قطر أنبوب الفرع الأعمى لتقليل سرعة الملء. بالإضافة إلى ذلك، سيكون لطول وموضع تركيب أنبوب برايل تأثير على صدمة الماء الثانوية، لذلك يجب الانتباه إلى التصميم والتخطيط. يمكن تفسير سبب زيادة قطر الأنبوب لتقليل الحمل الديناميكي نوعيًا على النحو التالي: بالنسبة لملء أنبوب الفرع الأعمى، يقتصر تدفق أنبوب الفرع على تدفق الأنبوب الرئيسي، والذي يمكن افتراضه على أنه قيمة ثابتة أثناء التحليل النوعي. تعادل زيادة قطر أنبوب الفرع زيادة مساحة المقطع العرضي، وهو ما يعادل تقليل سرعة الملء، مما يؤدي إلى تقليل الحمل.

عملية فتح الصمام غير المستقرة

عند إغلاق الصمام، يؤدي تسرب الحرارة من البيئة، وخاصةً عبر الجسر الحراري، إلى تكوين حجرة هوائية أمام الصمام. بعد فتح الصمام، يبدأ البخار والسائل بالتحرك، لأن معدل تدفق الغاز أعلى بكثير من معدل تدفق السائل، وبالتالي، لا يُفتح البخار في الصمام بالكامل بعد خروجه مباشرةً، مما يؤدي إلى انخفاض سريع في الضغط، ويدفع السائل للأمام بفعل فرق الضغط. عند إغلاق السائل دون فتح الصمام بالكامل، تتشكل حالة كبح، وفي هذه الحالة، يحدث ارتطام مائي، مما يُنتج حملاً ديناميكيًا قويًا.

الطريقة الأكثر فعالية لإزالة أو تقليل الحمل الديناميكي الناتج عن عملية فتح الصمام غير المستقرة هي تقليل ضغط العمل في حالة الانتقال، وذلك لتقليل سرعة ملء غرفة الغاز. بالإضافة إلى ذلك، فإن استخدام صمامات عالية التحكم، وتغيير اتجاه قسم الأنابيب وإدخال خط أنابيب جانبي خاص صغير القطر (لتقليل حجم غرفة الغاز) سيكون له تأثير على تقليل الحمل الديناميكي. على وجه الخصوص، تجدر الإشارة إلى أنه يختلف عن تقليل الحمل الديناميكي عند ملء أنبوب الفرع الأعمى عن طريق زيادة قطر أنبوب الفرع الأعمى، بالنسبة للعملية غير المستقرة عند فتح الصمام، فإن زيادة قطر الأنبوب الرئيسي يعادل تقليل مقاومة الأنبوب المنتظمة، مما سيزيد من معدل تدفق غرفة الهواء المملوءة، وبالتالي زيادة قيمة ضربة الماء.

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.