Като доставчик на колби Dewar за втечнен природен газ, разбирането как да се изчисли изтичането на топлина от тези критични контейнери е от изключителна важност. В този блог ще се задълбоча в научните принципи и методи зад изчисляването на изтичането на топлина от LNG Dewar Flask, което не само ще ви помогне да придобиете по-задълбочено разбиране за тези продукти, но също така ще ви помогне да вземете информирани решения, когато става въпрос за доставка.
Основи на LNG Дюар колби
LNG Dewar Flasks са специализирани контейнери, предназначени за съхранение на втечнен природен газ (LNG) при изключително ниски температури. Те обикновено са двустенни, с вакуум между вътрешната и външната стена, за да се сведе до минимум преносът на топлина. Вътрешният съд съдържа LNG, докато външният съд осигурява защита и изолация.LNG Дюарова колба
Механизми за пренос на топлина в колби Дюар за LNG
Има три основни механизма на пренос на топлина, които допринасят за изтичането на топлина в колба Дюар за LNG: проводимост, конвекция и излъчване.
Провеждане
Проводимостта е пренос на топлина през твърд материал. В LNG колба на Дюар топлината може да се провежда през опорите, които държат вътрешния съд на място, както и през всякакви тръби или фитинги, които проникват през стените на колбата. Скоростта на топлопроводимост (Q_conduction) може да се изчисли с помощта на закона на Фурие за топлопроводимостта:
[Q_{проводимост}=-kA\frac{dT}{dx}]
където (k) е топлопроводимостта на материала, (A) е площта на напречното сечение, през която преминава топлина, и (\frac{dT}{dx}) е температурният градиент в материала.
Например, ако разгледаме опорните пръти, направени от неръждаема стомана, трябва да знаем топлопроводимостта на неръждаемата стомана ((k)), площта на напречното сечение на прътите ((A)) и температурната разлика между вътрешната и външната стена на колбата, разделена на дължината на прътите ((\frac{dT}{dx})).
Конвекция
Конвекцията е пренос на топлина чрез движение на течност (течност или газ). Въпреки че пространството между вътрешната и външната стена на колбата на Дюар за втечнен природен газ обикновено се евакуира, за да се сведе до минимум конвекцията, все още може да има някои остатъчни газови молекули, които могат да причинят пренос на топлина чрез конвекция. Скоростта на пренос на топлина чрез конвекция (Q_convection) може да се оцени с помощта на закона на Нютон за охлаждане:
[Q_{конвекция}=hA(T_{s}-T_{\infty})]
където (h) е коефициентът на конвективен топлопренос, (A) е повърхностната площ на обекта, (T_{s}) е повърхностната температура и (T_{\infty}) е температурата на заобикалящия флуид.
В случай на колба на Дюар за втечнен природен газ, конвективният топлопренос обикновено е много малък поради околната среда с висок вакуум. Въпреки това, ако има изтичане във вакуума, конвективният топлопренос може да се увеличи значително.
Радиация
Радиацията е пренос на топлина чрез електромагнитни вълни. Всички обекти излъчват топлинна радиация и скоростта на пренос на топлина чрез радиация (Q_radiation) между две повърхности може да се изчисли с помощта на закона на Стефан - Болцман:
[Q_{радиация}=\epsilon\sigma A(T_{1}^{4}-T_{2}^{4})]
където (\epsilon) е излъчвателната способност на повърхността, (\sigma) е константата на Стефан - Болцман ((\sigma = 5,67\times10^{-8}\ W/(m^{2}\cdot K^{4}))), (A) е площта на повърхността, (T_{1}) е абсолютната температура на по-горещата повърхност и (T_{2}) е абсолютната температура на по-студена повърхност.
В LNG Dewar колба вътрешният съд е при много ниска температура (около -162°C или 111 K), докато външният съд е при температура на околната среда (около 20°C или 293 K). Коефициентът на излъчване на повърхностите на вътрешните и външните съдове играе решаваща роля при определяне на скоростта на пренос на топлина чрез излъчване.
Изчисляване на общото изтичане на топлина
Общото изтичане на топлина (Q_total) в колба Дюар за втечнен природен газ е сумата от преноса на топлина чрез проводимост, конвекция и излъчване:
[Q_{общо}=Q_{проводимост}+Q_{конвекция}+Q_{радиация}]
За да изчислим точно общото изтичане на топлина, трябва да знаем следните параметри:
- Свойства на материала: Топлопроводимостта ((k)) на материалите, използвани в конструкцията на колбата, като например неръждаема стомана за съдовете и опорите, и коефициентът на излъчване ((\epsilon)) на повърхностите.
- Геометрични параметри: Площите на напречното сечение ((A)) на проводящите материали, повърхностните площи на съдовете и дължините на проводящите пътища.
- Температурни разлики: Температурната разлика между вътрешната и външната стена на колбата, която е от решаващо значение за изчисляване на преноса на топлина чрез проводимост и излъчване.
Примерно изчисление
Да приемем, че имаме колба на Дюар за LNG със следните параметри:
- Провеждане: Опорните пръти са изработени от неръждаема стомана с топлопроводимост (k = 15\ W/(m\cdot K)), площ на напречното сечение (A_{rod}=0,001\ m^{2}) и дължина (L = 0,1\ m). Температурната разлика между вътрешната и външната стена е (\Delta T=293 - 111=182\ K). Използвайки закона на Фурие, топлопроводимостта през прътите е:
[Q_{проводимост}=-kA\frac{\Delta T}{L}=- 15\times0.001\times\frac{182}{0.1}=-27.3\ W]
- Конвекция: Да приемем, че поради малкото налягане на остатъчния газ коефициентът на конвективен топлопренос (h = 0,1\ W/(m^{2}\cdot K)) и повърхностната площ на вътрешния съд (A_{inner}=1\ m^{2}). Температурната разлика между вътрешната повърхност на съда и остатъчния газ е (\Delta T = 10\ K). тогава,
[Q_{конвекция}=hA(T_{s}-T_{\infty})=0,1\times1\times10 = 1\W]
- Радиация: Коефициентът на излъчване на вътрешната и външната повърхност на съда (\epsilon = 0,1) и площта на повърхността на вътрешния съд (A = 1\m^{2}). Използвайки закона на Стефан - Болцман,
[Q_{радиация}=\epsilon\sigma A(T_{1}^{4}-T_{2}^{4})=0,1\times5,67\times10^{-8}\times1\times(293^{4}-111^{4})\приблизително 4,2\ W]
Общото изтичане на топлина е (Q_{общо}=Q_{проводимост}+Q_{конвекция}+Q_{лъчение}=-27,3 + 1+4,2=-22,1\ W)
Значение на изчисляването на изтичането на топлина
Точното изчисляване на изтичането на топлина на LNG Dewar Flask е от решаващо значение поради няколко причини:
- Производителност на продукта: По-ниското изтичане на топлина означава, че LNG може да се съхранява за по-дълго време без значително изпаряване, което е от съществено значение за приложения, където се изисква дългосрочно съхранение.
- Безопасност: Прекомерното изтичане на топлина може да доведе до повишено изпаряване на LNG, което може да причини повишаване на налягането вътре в колбата. Това може да представлява риск за безопасността, ако системите за освобождаване на налягането не са правилно проектирани.
- Разходи - ефективност: Разбирането на изтичането на топлина помага за оптимизиране на дизайна на колбата, намаляване на консумацията на енергия и в крайна сметка намаляване на разходите за работа.
Нашите продукти и услуги
Като водещ доставчик наДюаровите колби за LNG, ние се ангажираме да предоставяме висококачествени продукти с ниско изтичане на топлина. Нашите колби са проектирани и произведени с помощта на най-новите технологии и материали, за да осигурят оптимална производителност и безопасност. Предлагаме и гама отLNG криогенни съдове под наляганеиКриогенни резервоари за LNGза да отговорим на разнообразните нужди на нашите клиенти.
Ако се интересувате от нашите продукти или имате някакви въпроси относно изчисляването на изтичането на топлина или съхранението на LNG, не се колебайте да се свържете с нас за доставка и допълнителни дискусии. Очакваме с нетърпение да работим с вас, за да предоставим най-добрите решения за вашите нужди от съхранение на LNG.
Референции
- Incropera, FP, & DeWitt, DP (2002). Основи на преноса на топлина и маса. Джон Уайли и синове.
- Холман, JP (2010). Пренос на топлина. Макгроу - Хил.