低温容器用多层绝热材料的绝热性能研究进展

多层绝热材料被广泛应用于低温容器,其绝热性能是人们重点关注的性能指标。真空良好下,影响其绝热性能的因素包括夹层真空度、材料型号和种类、层数、层密度、等密度或变密度布置以及材料包覆工艺等;真空失效下,夹层气体压力、破空气体种类以及绝热结构参数等会对多层绝热材料的绝热性能产生影响。本文综述了多层绝热材料绝热性能的预测公式。应用Lockheed分析模型对不同边界温度、不同层数下的多层绝热材料的绝热性能进行预测,得到最佳层密度和最小热流密度;在层数一定的条件下,应用Layer-by-layer传热模型对等密度和变密度多层绝热方案的绝热性能进行预测,分析获得了两种实用性较高的多层绝热方案。

高效抽真空防爆集成装置的设计及试验研究

为提升真空绝热深冷压力容器夹层抽真空速度,延长真空寿命,降低成本,文章对抽真空口和防爆口的功能进行了集成,研制了一种大通道抽真空防爆集成装置,并对材料的选择、通道直径的确定进行了研究。采用传统力学计算对大通道抽真空防爆集成装置的密封性能进行了计算,同时通过FEM技术对密封性进行了分析。根据抽真空防爆集成装置的使用操作情况,设计组装了集成装置性能试验测试平台,对大通道抽真空防爆集成装置的漏气速率、起爆能力、抽真空和真空封结操作分别进行了试验和模拟。计算结果表明,大通道抽真空防爆集成装置中的氟橡胶O型圈在大气压下能够实现自密封并保持良好的弹性;试验及模拟结果表明,大通道抽真空防爆集成装置的真空漏气速率达到抽真空截止阀同等水平;作为防爆口,装置经多次起爆后仍保持良好密封性能;作为抽真空口,装置在抽真空过程中能够顺利完成封结操作,表现了良好的操作性能。该装置同时满足了抽真空口和防爆口的功能要求。

低温液体储运装备真空表征与监测研究

提出了以绝热材料外表面温度表征低温储运装备内真空度的新方法,从理论上构建了真空度与绝热材料外表面温度的对应关系,采用低温多层绝热材料表观热导率测试平台,获得了不同真空度下绝热材料外表面温度,证实了该表征方法的有效性。该方法可以实现低温储运装备内部真空度的长期可靠监测,同时具有成本低,操作简单的优势,对于低温储运装备的长期安全使用具有重要的实用价值。

冷轧铜板带斯通轧制力模型研究

对冷轧铜板带轧制力模型进行研究,通过算例比较得到斯通公式更适合铜板带冷轧情况。分析了布兰德-福特公式和斯通公式两种轧制力计算公式。采用不同的摩擦系数模型计算摩擦系数,使用实测数据对变形抗力模型通过最小二乘法进行拟合,将拟合所得数据代入斯通轧制力公式中计算,并将计算值与实际测量值进行比较,结果表明:采用多项式的变形抗力模型,利用斯通公式和前滑值获得摩擦系数,代入斯通轧制力公式中计算出的轧制力与实际轧制力吻合较好。

纤维方向对环氧树脂/玻纤复合材料导热性能影响

为研究环氧树脂/玻璃纤维(EP/GF)复合材料导热性能,首先针对各向同性模型,利用瞬态平面热源(TPS)法以及瞬态热线法研究了取样方式和位置对热导率的影响,并对两种方法测试结果的差异性展开讨论。针对各向异性模型,利用TPS法探讨纤维方向同热导率的关系,通过串并联模型验证测定结果,同时拟合不同温度下热导率,计算液氢温区EP/GF热导率。结果表明,EP/GF导热性能同取样方式相关,与取样位置无关;测试过程中EP/GF内部纤维纱线传递作用不同,造成两种测试方法测定结果的差异性;沿着纤维方向热导率大于垂直于纤维方向热导率;砂纸打磨后,树脂基体软化分解,玻璃纤维裸露,接触界面微凸体增多,造成EP/GF作支撑构件时其热导率随着磨损老化而增大。所得结论可为EP/GF用作支撑构件提供科学理论依据。

新型宽量程真空测量装置研究及运用

结合技术规范及实际运用需求,系统分析了我国低温深冷绝热装备用真空测量装置存在的主要问题,如真空度测量范围窄、接口处泄漏风险大、封装选材及封装工艺影响仪表使用等。结合LNG多式联运罐式集装箱运用,系统进行了真空测量范围、漏放气速率、密封及选材、结构设计等总体设计,提出了具体技术指标。开展了焊缝强度计算,以及有限元应力及模态仿真,进行了高低温、漏率等试验。装用在LNG多式联运罐式集装箱上,在我国海洋及公路运输LNG“南气北运”项目进行了运用考验,相关计算分析和试验及运用结果表明,所研制的新型真空测量装置可有效运用于低温真空深冷绝热储运装备行业。

小型液氢储罐的结构设计及制造

为满足某项目小体积液氢储存需求,研制了容积为4 m^(3)的小型液氢储罐。该液氢储罐罐体采用高真空多层绝热结构,内外容器间支撑结构采用了两端金属支撑结构并采用Ag400吸附剂控制夹层真空度。在液氢储罐主体材料方面,储罐内容器采用S31608不锈钢,储罐外壳采用S30408不锈钢,并采用“等离子弧与钨极氩弧”(即“PAW+GTAW”)复合焊接工艺、实时成像及悬臂式套装等制造工艺。装载液氮工况下的测试结果表明,设计的小型液氢储罐罐体夹层真空度为3.5×10^(-3)Pa,静态日蒸发率为0.82%。

LNG罐式集装箱主要组成材料放气速率测试

维持高真空对采用多层绝热方式的低温储运设备的性能和寿命具有决定性影响。为准确表征LNG罐式集装箱的真空寿命,采用静态升压法测试LNG罐式集装箱4种主要组成材料(不锈钢、碳钢、玻璃钢和多层绝热材料)的放气速率并对其放气成分进行分析。结果表明:不锈钢(S30408)单位面积放气速率稳定值约为1.32×10^(-10) Pa·m^(3)/(s·cm^(2)),碳钢(Q345R)单位面积放气速率稳定值约为4.30×10^(-10) Pa·m^(3)(/s·cm^(2)),玻璃钢单位面积放气速率稳定值约为6.24×10^(-9 )Pa·m^(3)(/s·cm^(2)),多层绝热材料单位质量放气速率稳定值约为4.79×10^(-9 )Pa·m^(3)(/s·g)。通过对材料放气成分进行分析,多层绝热材料、不锈钢和碳钢的放气成分大部分为H_(2)O,玻璃钢主要的放气成分为N_(2)/CO、CO_(2)和C,碳钢和不锈钢释放的H_(2)明显多于玻璃钢和多层绝热材料。

基于Ansys有限元分析的应变强化技术在低温罐箱设计制造中的应用

低温罐箱广泛应用于化工、冶金、航空航天等领域。为了提高低温罐箱的经济性,其轻型化设计日益受到重视。[1]应变强化技术是在一定条件下,通过加载应力将奥氏体不锈钢拉伸到塑性变形,然后卸载压力,从而使奥氏体不锈钢的屈服强度提高的技术。[2]作为节材节能的绿色制造技术,应变强化技术目前已广泛应用于低温罐箱设计制造领域,以达到减小内容器壁厚、减轻罐体质量的目的;但由于缺乏足够的数据支撑,需要通过大量的实验研究获得奥氏体不锈钢的力学性能参数。[3-4]受制造工艺的制约,在应变强化技术应用过程中需要控制罐体径向塑性变形量,使其不大于罐体夹层最小间隙的1/5。