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文檔簡(jiǎn)介
1、隨著低溫技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用推廣,低溫容器對(duì)絕熱性能的要求越來越高,在絕熱方式方面,高真空多層絕熱的研究已經(jīng)有半個(gè)多世紀(jì)的歷史,將高真空多層絕熱結(jié)構(gòu)用于低溫容器的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)也有三十余年的時(shí)間,國(guó)內(nèi)外學(xué)者們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到結(jié)構(gòu)和工藝對(duì)多層絕熱的重要影響。但是,傳統(tǒng)的多層絕熱結(jié)構(gòu)使用單一種類的反射材料和隔熱材料,對(duì)于物性不同的反射材料在不同溫區(qū)下所表現(xiàn)出的性能差異沒有重視;在某一特定多層絕熱結(jié)構(gòu)應(yīng)用中,僅限于間隔一層和使用一種隔熱材料,對(duì)反射屏之間間
2、隔多層隔熱材料和間隔多種不同的隔熱材料沒有深入研究。在多層絕熱結(jié)構(gòu)的傳熱計(jì)算方面,理論計(jì)算的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)量的數(shù)據(jù)相比有很大偏差,實(shí)驗(yàn)測(cè)試和低溫容器工程應(yīng)用所獲得的比熱流之間更是存在較大差異,且這種差異由于多層絕熱結(jié)構(gòu)工藝的不穩(wěn)定性而變化,使得多層絕熱的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用無規(guī)律可循,實(shí)驗(yàn)室獲得的絕熱性能也很難復(fù)制到低溫容器上。
低溫液體貯運(yùn)容器在工業(yè)化生產(chǎn)與應(yīng)用中所關(guān)注的焦點(diǎn)為安全性和可靠性,即所采用的多層絕熱結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期的使用過程中具有
3、良好的絕熱性能,同時(shí)批量化制造的低溫容器具有穩(wěn)定的絕熱性能。針對(duì)低溫容器的使用狀況,采用合理的絕熱結(jié)構(gòu)和符合多層絕熱結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的裝配工藝,是確保低溫液體貯運(yùn)容器安全、可靠的關(guān)鍵。本文針對(duì)這一課題開展工作,針對(duì)低溫液體貯運(yùn)容器所用的打孔多層絕熱材料的傳熱機(jī)理開展實(shí)驗(yàn)研究,目標(biāo)是獲得以絕熱被方式組合的多層絕熱結(jié)構(gòu),其性能隨結(jié)構(gòu)和材料變化的關(guān)系規(guī)律,以及環(huán)境溫度的變化對(duì)多層絕熱被性能的影響。
多層絕熱結(jié)構(gòu)的研究方法往往為理論研究與量熱
4、試驗(yàn)研究相結(jié)合的方式。傳統(tǒng)的量熱試驗(yàn)研究中,所使用的量熱器能夠測(cè)試的多層傳熱面積,與移動(dòng)式低溫容器實(shí)際應(yīng)用的面積相差兩到三個(gè)數(shù)量級(jí),因此理論測(cè)試的結(jié)果與工程實(shí)際應(yīng)用往往有很大差距。另外,量熱器所處的環(huán)境溫度和大氣壓力,與移動(dòng)式低溫貯運(yùn)容器所處的環(huán)境條件有差異,環(huán)境條件的波動(dòng)使得所測(cè)試的絕熱結(jié)構(gòu)的漏熱性能不穩(wěn)定。此外,對(duì)于高真空多層絕熱所能夠達(dá)到的極限絕熱程度尚無專門研究,對(duì)工程應(yīng)用所能夠達(dá)到的上限沒有界定。
為了獲得打孔多層絕
5、熱材料的傳熱規(guī)律并應(yīng)用于各種低溫容器,本文從以下幾個(gè)方面開展工作,并取得了一定的成果:
首先,通過理想假設(shè)建立起高真空多層絕熱的理論模型,并對(duì)理論模型的傳熱過程及環(huán)境溫度變化對(duì)理論模型傳熱過程的影響進(jìn)行了分析。該理論模型的建立,界定了高真空多層絕熱方式的極限絕熱能力;環(huán)境溫度對(duì)高真空多層絕熱的影響分析結(jié)果顯示,在理論模型下考慮了發(fā)射率的影響之后,環(huán)境溫度的修正規(guī)律不是內(nèi)外壁溫度的T4差關(guān)系,而是內(nèi)外壁溫度的T4.38差關(guān)系;<
6、br> 其次,在傳統(tǒng)量熱器實(shí)驗(yàn)測(cè)試的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)建造了可測(cè)試傳熱面積為0.8478m2的工程量熱器,并在工程量熱器上進(jìn)行了多種打孔多層絕熱材料結(jié)構(gòu)的比熱流和層間溫度分布測(cè)試,其中:反射材料分別采用鋁箔和雙面鍍鋁薄膜,隔熱材料分別為干法紙和玻璃纖維紙,組合中所采用的反射屏層數(shù)從10層到90層不等。通過大量的量熱器試驗(yàn)數(shù)據(jù)歸納整理,建立了適合打孔絕熱被結(jié)構(gòu)的高真空多層傳熱計(jì)算模型,并對(duì)絕熱被中材料的種類和層數(shù)及環(huán)境溫度變化對(duì)計(jì)算模型傳熱過
7、程的影響進(jìn)行了分析。
第三,在采用工程量熱器測(cè)試隔熱材料低溫下的接觸傳熱系數(shù)和導(dǎo)熱熱阻時(shí),發(fā)現(xiàn)不同隔熱材料復(fù)合比單一材料復(fù)合能獲得更高的接觸熱阻,可獲得更好的絕熱性能,通過計(jì)算模型的分析,找出了打孔多層絕熱材料的優(yōu)化組合結(jié)構(gòu),并提出了高真空多層絕熱的復(fù)合結(jié)構(gòu),作為打孔多層絕熱被在低溫容器上產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的依據(jù);
最后,在高真空多層絕熱計(jì)算模型的研究基礎(chǔ)上,提出了打孔絕熱被制作方法,將絕熱被和復(fù)合的多層絕熱結(jié)構(gòu)成果應(yīng)用在低
8、溫絕熱氣瓶、LNG罐箱、液氧罐、液氫罐等不同類型低溫容器上。通過對(duì)多種低溫容器在不同環(huán)境溫度下靜態(tài)蒸發(fā)率的性能測(cè)試和有限元分析結(jié)果,計(jì)算出打孔高真空多層絕熱被工程應(yīng)用時(shí)的漏熱量,驗(yàn)證了本文所建立的計(jì)算模型合理性與準(zhǔn)確性。
通過打孔多層絕熱材料的傳熱機(jī)理及復(fù)合結(jié)構(gòu)高真空多層絕熱被的應(yīng)用研究,建立了更符合低溫容器產(chǎn)品實(shí)際的計(jì)算模型,提出了復(fù)合多層絕熱結(jié)構(gòu)的新觀點(diǎn),并對(duì)其傳熱機(jī)理進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證,該模型的傳熱過程分析及絕熱被結(jié)構(gòu)比熱流
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