間欠泉現象

間欠泉現象とは、極低温の液体が垂直に長いパイプ（長さと直径の比が一定値に達した状態）を伝播し、液体の気化によって発生する気泡と気泡同士の重合によって引き起こされる噴出現象のことを指します。気泡の増加とともに発生し、最終的に極低温液体はパイプ入口から逆流されます。

間欠泉はパイプライン内の流量が低いときに発生することがありますが、それに気づく必要があるのは流れが止まった場合だけです。

極低温の液体が垂直パイプライン内を流れるとき、それは予冷プロセスと似ています。極低温の液体は予冷とは異なり、熱により沸騰、蒸発します。ただし、熱は主に、予冷プロセスでのシステムの大きな熱容量ではなく、小さな周囲熱の侵入によって発生します。したがって、管壁付近には蒸気膜ではなく比較的高温の液体境界層が形成されます。液体が垂直パイプ内を流れるとき、環境熱の侵入により、パイプ壁近くの流体境界層の熱密度が減少します。浮力の作用により、流体は上方への流れを逆転させて高温流体境界層を形成し、一方、中心の低温流体は下方へ流れ、両者の間に対流効果を形成します。高温流体の境界層は、中心流体を完全に遮断して対流を停止するまで、主流の方向に沿って徐々に厚くなります。その後、熱を奪う対流がなくなるため、高温部の液体の温度は急速に上昇します。液体の温度が飽和温度に達すると沸騰し始め、泡が発生します。ジンジャーガスボンベは泡の上昇を遅くします。

垂直パイプ内に気泡が存在するため、気泡の粘性せん断力の反作用により気泡の底部の静圧が低下し、その結果、残りの液体が過熱され、より多くの蒸気が発生します。静圧が低くなるので、ある程度相互に促進して蒸気が多く発生します。間欠泉の現象は、爆発に似ており、蒸気のフラッシュを伴う液体がパイプラインに噴出するときに発生します。タンクの上部空間に液体が排出されると、一定量の蒸気が発生し、タンク空間全体の温度が急激に変化し、圧力が急激に変化します。圧力変動が圧力の山と谷にある場合、タンク内を負圧状態にすることができます。圧力差の影響により、システムの構造的損傷が発生します。

蒸気の噴出後、パイプ内の圧力は急速に低下し、極低温液体は重力の影響により垂直パイプ内に再注入されます。高速液体はウォーターハンマーと同様の圧力衝撃を発生させ、システム、特に宇宙機器に大きな影響を与えます。

間欠泉現象によって引き起こされる害を排除または軽減するために、一方では、熱の侵入が間欠泉現象の根本原因であるため、アプリケーションではパイプラインシステムの断熱に注意を払う必要があります。一方、不活性非凝縮性ガスの注入、極低温液体の追加注入、循環パイプラインなど、いくつかのスキームを検討することができます。これらのスキームの本質は、極低温液体の過剰な熱を伝達し、過剰な熱の蓄積を避け、間欠泉現象の発生を防ぐことです。

不活性ガス注入方式では、通常、不活性ガスとしてヘリウムが使用され、ヘリウムがパイプラインの底部に注入されます。液体とヘリウムの間の蒸気圧差を利用して、生成物蒸気を液体からヘリウム塊に物質移動させ、極低温液体の一部を蒸発させ、極低温液体から熱を吸収し、過冷却効果を生み出し、過剰なガスの蓄積を防ぐことができます。熱。この方式は、一部の宇宙推進剤充填システムで使用されています。補充充填は、過冷却された極低温液体を追加して極低温液体の温度を下げることです。一方、循環パイプラインを追加するスキームは、パイプラインを追加してパイプラインとタンクの間に自然循環条件を確立し、局所的な余分な熱を伝達し、タンクを破壊します。間欠泉が発生する条件。

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