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液氮罐内低温氮气的温度场研究

作者:液氮罐 日期:2013/10/6 22:33:59 信息来源:http://www.tcyedanguan.com/

液氮罐内低温氮气的温度场研究

 

摘要: 对装有少量液氮的液氮罐内的温度分布进行了系统研究,提出了相应的温度分布模型。

 

研究表明,在10 L 容积的液氮罐内注入少量液氮时,罐内温度可保持低于- 130 ℃持续约25 天,适用于多种场合的超低温保存。通过调节距离液氮面的高度,可选择保存样品的温度范围并控制样品的升降温速度。理论计算的温度分布与测量的结果符合较好,证实了所建立模型的合理性和有效性。

 

关键词: 液氮罐温度场模型傅里叶导热定律超低温

 

超低温一般泛指- 80 ℃以下的温度。当物质经历从零上温度下降到- 80 ℃以下的温度过程时,部分物质的结构会发生不可逆变化; 而另一些物质的结构将会发生可逆变化,物质的性质不发生改变。利用这一特性,可在超低温条件下对生物体进行长期保存,并在一定条件下使其复苏; 或是使细胞在超低温条件下发生不可逆的死亡,达到z疗某些疾病的目的。在材料处理工艺上,一些材料通过超低温处理后,它们的综合性能会得到显著提高,超低温技术已在生物、医学、材料等学科中获得广泛应用。

 

根据获取方式的不同,获得超低温的方法有机械制冷和低温液体制冷两种。深冷冰箱属于机械制冷典型的一类,其特点是储存空间大、结构紧凑、操作简便,但使用和维护成本相对较高,而且目前商用深冷冰箱的最低温度只能达到- 150 ℃。利用低温液体制冷是较为普遍的一种制冷方式,其优点在于降温速度快,方法简便,且价格便宜。由于液氮( N2) 的标准沸点为- 195. 8 ℃,而且无色无味,化学性质不活泼,无毒性,使用安全,是低温液体制冷技术中最常用的制冷剂。

 

液氮制冷可通过液氮浸泡、基于辐射传热和基于对流传热3 种方式制冷,这3 种制冷方式各有其优缺点。液氮浸泡式制冷操作简便、冷却速度快,但是其降温速度不易控制,剧烈的温度变化会导致材料内部产生应力等缺点,从而限制了其应用范围。采用基于辐射换热的方式制冷,被处理材料的温度分布均匀,且与冷却介质不直接接触,但降温速度较慢。采用流动液氮对流换热的方式制冷,被处理材料各部分温度分布均匀,换热效果较好,但是流动的液氮会落到被处理的物体上,而导致表面局部温度分布不均。在材料学中,出于改变材料的力学性质、减小形变等。目的,常常使用液氮对材料进行深冷处理。

 

研究表明,升降温的速度、保温时间长短、深冷次数和停留时间等因素将对深冷处理的结果有着重要影响。

 

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