Transferul de căldură este un proces fundamental în diferite aplicații științifice și industriale, iar înțelegerea mecanismului de transfer de căldură într -un criostat de azot lichid este crucial pentru funcționarea sa eficientă. În calitate de furnizor principal de criostate de azot lichid, avem o experiență vastă și cunoștințe profunde ale acestui subiect. În acest blog, vom explora mecanismele de transfer de căldură într -un criostat de azot lichid, inclusiv conducere, convecție și radiații.
Conducerea
Conducerea este transferul de căldură printr -un material fără mișcarea materialului în sine. Într -un criostat de azot lichid, conducerea are loc în mai multe componente. În primul rând, să luăm în considerare zidurile criostatului. Ciostatul este de obicei fabricat din materiale cu o conductivitate termică scăzută pentru a minimiza transferul de căldură din mediul exterior la azotul lichid din interior. Materiale precum oțelul inoxidabil sau anumiți polimeri sunt utilizate în mod obișnuit, deoarece au conductivități termice relativ scăzute în comparație cu metalele precum cuprul sau aluminiul.
The conduction of heat through the walls of the cryostat can be described by Fourier's law of heat conduction: (q=-kA\frac{dT}{dx}), where (q) is the heat transfer rate, (k) is the thermal conductivity of the material, (A) is the cross - sectional area through which heat is transferred, and (\frac{dT}{dx}) is the temperature gradient across the material.
În interiorul criostatului, suportul eșantionului și orice alte componente solide în contact cu azotul lichid au, de asemenea, conducere. De exemplu, dacă un eșantion este plasat într -un suport și suportul este în contact direct cu azotul lichid, căldura va efectua de la probă la azot lichid. Rata de conducere depinde de conductivitatea termică a materialului suportului, de diferența de temperatură dintre probă și azot lichid și zona de contact dintre suport și azotul lichid.
Un alt aspect important al conducerii într -un criostat de azot lichid este conducerea prin structurile de sprijin. Aceste structuri sunt utilizate pentru a menține diferitele componente în loc, dar pot acționa, de asemenea, ca conducte pentru transferul de căldură. Pentru a reduce acest efect, structurile de sprijin sunt deseori proiectate cu o suprafață de secțiune mică și confecționate din materiale cu o conductivitate termică scăzută.
Convecție
Convecția este transferul de căldură prin mișcarea unui fluid. Într -un criostat de azot lichid, există două tipuri de convecție: convecție naturală și convecție forțată.
Convecția naturală apare din cauza diferențelor de densitate în lichidul cauzat de variații de temperatură. Când azotul lichid de lângă suprafețele calde (cum ar fi proba sau pereții criostatului) este încălzit, acesta devine mai puțin dens și se ridică, în timp ce cel mai rece, mai dens, se scufundă azot lichid. Acest lucru creează un model de circulație care transferă căldura din regiunile calde în regiunile mai reci ale azotului lichid.
Rata de convecție naturală într -un criostat de azot lichid depinde de mai mulți factori, inclusiv diferența de temperatură între regiunile calde și reci, proprietățile azotului lichid (cum ar fi densitatea, vâscozitatea și conductivitatea termică) și geometria criostatului. De exemplu, o diferență de temperatură mai mare va duce, în general, la un flux de convecție naturală mai viguros.
Convecția forțată poate fi, de asemenea, prezentă într -un criostat de azot lichid. Acest lucru poate fi obținut folosind pompe sau ventilatoare pentru a circula azotul lichid. Convecția forțată poate crește semnificativ rata de transfer de căldură în comparație cu convecția naturală. Prin deplasarea activă a azotului lichid, regiunile calde sunt mai repede răcite, iar distribuția temperaturii în criostat devine mai uniformă.
În unele criostate avansate de azot lichid, convecția forțată este utilizată pentru a asigura controlul precis al temperaturii eșantionului. De exemplu, o pompă poate fi utilizată pentru a circula azotul lichid în jurul suportului de probă, permițând transferul de căldură rapid și o mai bună stabilitate a temperaturii.
Radiații
Radiația este transferul de căldură prin unde electromagnetice. Toate obiectele emit radiații termice, iar cantitatea de radiații emise depinde de temperatura și emisivitatea obiectului. Într -un criostat de azot lichid, se produce transferul de căldură cu radiații între componentele calde (cum ar fi pereții exteriori ai criostatului la temperatura camerei) și componentele reci (cum ar fi azotul lichid și proba).
Rata de transfer de căldură a radiațiilor între două obiecte poate fi calculată folosind Legea Stefan - Boltzmann: (Q = \ Epsilon \ Sigma A (T_1^4 - T_2^4)), unde (q) este rata de transfer de căldură, (\ Epsilon) este emisivitatea suprafeței, (\ Sigma) este constanta Stefan - 8} W/m^{2} K^{4})), (a) este suprafața obiectului care emite, (t_1) este temperatura absolută a obiectului mai cald și (t_2) este temperatura absolută a obiectului mai rece.
Pentru a reduce transferul de căldură cu radiații într -un criostat de azot lichid, se folosesc adesea suprafețe reflectorizante. De exemplu, pereții interiori ai criostatului pot fi acoperiți cu un material extrem de reflectorizant, cum ar fi aluminiul. Această acoperire reflectorizantă reflectă o mare parte din radiațiile primite, reducând cantitatea de căldură care este absorbită de azotul lichid.
În plus, scuturile de radiații pot fi plasate între regiunile calde și reci ale criostatului. Aceste scuturi acționează ca bariere în calea transferului de căldură cu radiații, reducând în continuare încărcarea de căldură a azotului lichid.
Impact asupra performanței crioostatului
Înțelegerea mecanismelor de transfer de căldură într -un criostat de azot lichid este esențială pentru optimizarea performanței sale. Prin minimizarea transferului de căldură prin conducere, convecție și radiații, putem reduce consumul de azot lichid și să îmbunătățim stabilitatea temperaturii criostatului.
De exemplu, dacă transferul de căldură prin conducere nu este controlat în mod corespunzător, azotul lichid se va fierbe într -un ritm mai rapid, necesitând reumplerea mai frecventă. Acest lucru nu numai că crește costul de operare, dar poate perturba procesele experimentale sau industriale care se bazează pe criostat.
În mod similar, convecția excesivă sau transferul de căldură cu radiații poate duce la fluctuații de temperatură în criostat, ceea ce poate afecta exactitatea experimentelor sau calitatea produselor industriale. Prin proiectarea cu atenție a criostatului pentru a minimiza aceste mecanisme de transfer de căldură, putem asigura o funcționare mai stabilă și mai eficientă.
Crimitaturile noastre de azot lichid
În calitate de furnizor principal de criostate cu azot lichid, oferim o gamă largă de produse pentru a răspunde nevoilor diferite ale clienților. NoastreCiostat de azot lichid de tip atmosferăeste conceput pentru aplicații în care este necesar un control precis al temperaturii într -un mediu atmosferic. Dispune de materiale de izolare avansate și o structură bine proiectată pentru a minimiza transferul de căldură.
NoastreFlux continuu lichid de heliu criostatOferă o alimentare continuă de heliu lichid la rece, care poate fi utilizat pentru aplicații extrem de scăzute la temperatură. Acest criostat folosește starea - a tehnologiei - ART pentru a asigura transferul de căldură eficient și un control stabil al temperaturii.
Pentru aplicații electrice, oferimCriostat de azot lichid electric. Acest criostat este conceput pentru a oferi un mediu stabil la temperatură scăzut pentru componente și experimente electrice, cu o atenție specială acordată reducerii interferențelor electromagnetice și transferului de căldură.
Contactați -ne pentru achiziții
Dacă sunteți interesat de criostatele noastre de azot lichid sau aveți întrebări cu privire la mecanismele de transfer de căldură în criostoze, vă încurajăm să ne contactați pentru achiziții și discuții suplimentare. Echipa noastră de experți este gata să vă ofere informații detaliate și soluții personalizate pe baza cerințelor dvs. specifice.
Referințe
- Incropera, FP, & DeWitt, DP (2002). Fundamentele transferului de căldură și masă. John Wiley & Sons.
- Kittel, C. (1996). Introducere în fizica stării solide. John Wiley & Sons.
- Touloukian, YS (ed.). (1970). Proprietăți termofizice ale materiei. Ifi/plenum.