การถ่ายเทความร้อนเป็นกระบวนการพื้นฐานในการใช้งานทางวิทยาศาสตร์และอุตสาหกรรมที่หลากหลายและการทำความเข้าใจกลไกการถ่ายเทความร้อนในแช่แข็งไนโตรเจนเหลวเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการทำงานที่มีประสิทธิภาพ ในฐานะซัพพลายเออร์ชั้นนำของแช่แข็งไนโตรเจนเหลวเรามีประสบการณ์อย่างกว้างขวางและความรู้เชิงลึกของเรื่องนี้ ในบล็อกนี้เราจะสำรวจกลไกการถ่ายเทความร้อนในแช่แข็งไนโตรเจนเหลวรวมถึงการนำการพาความร้อนและการแผ่รังสี
การนำ
การนำคือการถ่ายโอนความร้อนผ่านวัสดุที่ไม่มีการเคลื่อนที่ของวัสดุเอง ในแช่แข็งไนโตรเจนเหลวการนำไฟฟ้าเกิดขึ้นในหลาย ๆ องค์ประกอบ ก่อนอื่นลองพิจารณาผนังของ cryostat โดยทั่วไปแล้วแช่แข็งจะทำจากวัสดุที่มีค่าการนำความร้อนต่ำเพื่อลดการถ่ายเทความร้อนจากสภาพแวดล้อมภายนอกไปยังไนโตรเจนเหลวภายใน วัสดุเช่นสแตนเลสหรือโพลีเมอร์บางชนิดมักใช้เพราะมีค่าความร้อนค่อนข้างต่ำเมื่อเทียบกับโลหะเช่นทองแดงหรืออลูมิเนียม
การนำความร้อนผ่านผนังของ cryostat สามารถอธิบายได้โดยกฎของการนำความร้อนของฟูริเยร์: (q = -ka \ frac {dt} {dx}) โดยที่ (q) คืออัตราการถ่ายเทความร้อน (k) เป็นค่าการนำความร้อนของวัสดุ (a) วัสดุ.
ภายในแช่แข็งผู้ถือตัวอย่างและส่วนประกอบที่เป็นของแข็งอื่น ๆ ที่สัมผัสกับไนโตรเจนเหลวก็มีประสบการณ์การนำเข้า ตัวอย่างเช่นหากมีการวางตัวอย่างไว้ในที่ยึดและที่ยึดอยู่ในการสัมผัสโดยตรงกับไนโตรเจนเหลวความร้อนจะดำเนินการจากตัวอย่างไปยังไนโตรเจนเหลว อัตราการนำไฟฟ้าขึ้นอยู่กับค่าการนำความร้อนของวัสดุที่ยึดความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างตัวอย่างและไนโตรเจนเหลวและพื้นที่สัมผัสระหว่างที่ยึดและไนโตรเจนเหลว
อีกแง่มุมที่สำคัญของการนำในการแช่แข็งไนโตรเจนเหลวคือการนำผ่านโครงสร้างการสนับสนุน โครงสร้างเหล่านี้ใช้เพื่อเก็บส่วนประกอบต่าง ๆ ไว้ แต่ยังสามารถทำหน้าที่เป็นท่อร้อยสายสำหรับการถ่ายเทความร้อน เพื่อลดผลกระทบนี้โครงสร้างการสนับสนุนมักได้รับการออกแบบด้วยพื้นที่ตัดขวางขนาดเล็กและทำจากวัสดุที่มีค่าการนำความร้อนต่ำ
การพา
การพาความร้อนคือการถ่ายโอนความร้อนโดยการเคลื่อนที่ของของเหลว ในแช่แข็งไนโตรเจนเหลวมีการพาความร้อนสองประเภท: การพาความร้อนตามธรรมชาติและการพาความร้อนแบบบังคับ
การพาความร้อนตามธรรมชาติเกิดขึ้นเนื่องจากความแตกต่างของความหนาแน่นในของเหลวที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ เมื่อไนโตรเจนเหลวใกล้กับพื้นผิวที่อบอุ่น (เช่นตัวอย่างหรือผนังของ cryostat) จะถูกทำให้ร้อนมันจะมีความหนาแน่นน้อยลงและเพิ่มขึ้นในขณะที่ตัวทำความเย็นไนโตรเจนของเหลวหนาแน่นกว่า สิ่งนี้สร้างรูปแบบการไหลเวียนที่ถ่ายโอนความร้อนจากบริเวณที่อบอุ่นไปยังบริเวณที่เย็นกว่าของไนโตรเจนเหลว
อัตราการพาความร้อนตามธรรมชาติในแช่แข็งไนโตรเจนเหลวขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการรวมถึงความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างบริเวณที่อบอุ่นและเย็นคุณสมบัติของไนโตรเจนเหลว (เช่นความหนาแน่นความหนืดและการนำความร้อน) และเรขาคณิตของการแช่แข็ง ตัวอย่างเช่นความแตกต่างของอุณหภูมิที่มากขึ้นโดยทั่วไปจะส่งผลให้เกิดการไหลเวียนของการพาความร้อนตามธรรมชาติที่แข็งแรงขึ้น
การพาความร้อนที่ถูกบังคับยังสามารถนำเสนอในแช่แข็งไนโตรเจนเหลว สิ่งนี้สามารถทำได้โดยใช้ปั๊มหรือพัดลมเพื่อหมุนเวียนไนโตรเจนเหลว การพาความร้อนแบบบังคับสามารถเพิ่มอัตราการถ่ายเทความร้อนได้อย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับการพาความร้อนตามธรรมชาติ ด้วยการเคลื่อนย้ายไนโตรเจนเหลวอย่างแข็งขันบริเวณที่อบอุ่นจะเย็นลงอย่างรวดเร็วและการกระจายอุณหภูมิภายใน cryostat จะเหมือนกันมากขึ้น
ในแช่แข็งไนโตรเจนเหลวขั้นสูงบางอย่างการพาความร้อนแบบบังคับใช้เพื่อให้แน่ใจว่าการควบคุมอุณหภูมิที่แม่นยำของตัวอย่าง ตัวอย่างเช่นปั๊มสามารถใช้ในการหมุนเวียนไนโตรเจนของเหลวรอบตัวยึดตัวอย่างช่วยให้การถ่ายเทความร้อนอย่างรวดเร็วและความเสถียรของอุณหภูมิที่ดีขึ้น
การฉายรังสี
รังสีคือการถ่ายโอนความร้อนผ่านคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า วัตถุทั้งหมดปล่อยรังสีความร้อนและปริมาณรังสีที่ปล่อยออกมานั้นขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและการแผ่รังสีของวัตถุ ในแช่แข็งไนโตรเจนเหลวการถ่ายเทความร้อนจากรังสีเกิดขึ้นระหว่างส่วนประกอบที่อบอุ่น (เช่นผนังด้านนอกของ cryostat ที่อุณหภูมิห้อง) และส่วนประกอบเย็น (เช่นไนโตรเจนเหลวและตัวอย่าง)
อัตราการถ่ายเทความร้อนรังสีระหว่างวัตถุสองชิ้นสามารถคำนวณได้โดยใช้กฎหมาย Stefan - Boltzmann: (q = \ \ epsilon \ sigma a (t_1^4 - t_2^4)) โดยที่ (q) คืออัตราการถ่ายเทความร้อน ((5.67 \ times10^{-8} \ w/m^{2} k^{4})), (a) เป็นพื้นที่ผิวของวัตถุเปล่งแสง (t_1) คืออุณหภูมิสัมบูรณ์ของวัตถุอุ่นและ (t_2) คืออุณหภูมิสัมบูรณ์ของวัตถุเย็น
เพื่อลดการถ่ายโอนความร้อนจากรังสีในแช่แข็งไนโตรเจนเหลวมักใช้พื้นผิวสะท้อนแสง ตัวอย่างเช่นผนังด้านในของ cryostat สามารถเคลือบด้วยวัสดุสะท้อนแสงสูงเช่นอลูมิเนียม การเคลือบสะท้อนแสงนี้สะท้อนให้เห็นถึงส่วนใหญ่ของรังสีที่เข้ามาลดปริมาณความร้อนที่ถูกดูดซึมโดยไนโตรเจนเหลว
นอกจากนี้ยังสามารถวางเกราะป้องกันรังสีระหว่างบริเวณที่อบอุ่นและเย็นของ cryostat โล่เหล่านี้ทำหน้าที่เป็นอุปสรรคต่อการถ่ายเทความร้อนของรังสีลดปริมาณความร้อนบนไนโตรเจนเหลว
ส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพการแช่แข็ง
การทำความเข้าใจกลไกการถ่ายเทความร้อนในแช่แข็งไนโตรเจนเหลวเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพประสิทธิภาพ ด้วยการลดการถ่ายเทความร้อนผ่านการนำไฟฟ้าการพาความร้อนและการแผ่รังสีเราสามารถลดการใช้ไนโตรเจนเหลวและปรับปรุงความเสถียรของอุณหภูมิของ cryostat
ตัวอย่างเช่นหากการถ่ายเทความร้อนผ่านการนำไฟฟ้าไม่ได้รับการควบคุมอย่างเหมาะสมไนโตรเจนเหลวจะเดือดในอัตราที่เร็วขึ้น สิ่งนี้ไม่เพียงเพิ่มค่าใช้จ่ายในการดำเนินงาน แต่ยังสามารถขัดขวางกระบวนการทดลองหรืออุตสาหกรรมที่พึ่งพา Cryostat
ในทำนองเดียวกันการพาความร้อนหรือการถ่ายเทความร้อนของรังสีมากเกินไปอาจนำไปสู่ความผันผวนของอุณหภูมิภายในแช่แข็งซึ่งอาจส่งผลต่อความแม่นยำของการทดลองหรือคุณภาพของผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม โดยการออกแบบ cryostat อย่างระมัดระวังเพื่อลดกลไกการถ่ายเทความร้อนเหล่านี้เราสามารถมั่นใจได้ว่าการทำงานที่มั่นคงและมีประสิทธิภาพมากขึ้น
แช่แข็งไนโตรเจนเหลวของเรา
ในฐานะซัพพลายเออร์ชั้นนำของแช่แข็งไนโตรเจนเหลวเรานำเสนอผลิตภัณฑ์ที่หลากหลายเพื่อตอบสนองความต้องการของลูกค้าที่แตกต่างกัน ของเราบรรยากาศประเภทไนโตรเจนเหลว cryostatได้รับการออกแบบมาสำหรับการใช้งานที่จำเป็นต้องมีการควบคุมอุณหภูมิที่แม่นยำในสภาพแวดล้อมในบรรยากาศ มันมีวัสดุฉนวนขั้นสูงและโครงสร้างที่ออกแบบมาเพื่อลดการถ่ายเทความร้อน
ของเราHelium Cryostat ของเหลวไหลอย่างต่อเนื่องจัดหาฮีเลียมของเหลวเย็นอย่างต่อเนื่องซึ่งสามารถใช้สำหรับการใช้งานอุณหภูมิที่ต่ำมาก cryostat นี้ใช้สถานะ - ของ - เทคโนโลยีศิลปะเพื่อให้แน่ใจว่าการถ่ายเทความร้อนที่มีประสิทธิภาพและการควบคุมอุณหภูมิที่เสถียร
สำหรับแอปพลิเคชันไฟฟ้าเรานำเสนอไนโตรเจนของเหลวของเหลว- cryostat นี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อให้สภาพแวดล้อมที่ต่ำ - อุณหภูมิที่มั่นคงสำหรับส่วนประกอบไฟฟ้าและการทดลองด้วยความสนใจเป็นพิเศษที่จ่ายเพื่อลดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าและการถ่ายเทความร้อน
ติดต่อเราเพื่อรับการจัดซื้อ
หากคุณมีความสนใจในแช่แข็งไนโตรเจนเหลวของเราหรือมีคำถามใด ๆ เกี่ยวกับกลไกการถ่ายเทความร้อนในแช่แข็งเราขอแนะนำให้คุณติดต่อเราเพื่อรับการจัดซื้อและการอภิปรายเพิ่มเติม ทีมผู้เชี่ยวชาญของเราพร้อมที่จะให้ข้อมูลโดยละเอียดและโซลูชั่นที่กำหนดเองตามข้อกำหนดเฉพาะของคุณ
การอ้างอิง
- Incropera, FP, & Dewitt, DP (2002) พื้นฐานของความร้อนและการถ่ายโอนมวล John Wiley & Sons
- Kittel, C. (1996) ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับฟิสิกส์โซลิดสเตต John Wiley & Sons
- Touloukian, ys (ed.) (1970) คุณสมบัติทางความร้อนของสสาร ifi/plenum