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。

液氦储罐高真空多层绝热结构影响研究

为了明确液氦储罐真空多层绝热结构的最佳层密度,采用Lockheed模型研究热流密度与层密度的关系,确定最佳层密度,探讨绝热层厚度、环境温度、绝热空间真空度对液氦储罐绝热性能的影响。研究结果表明:液氦储罐最佳层密度为41层/cm;绝热层真空度减小,热流密度下降,真空度下降到一定值后,热流密度几乎不再下降;热流密度与环境温度、绝热层厚度分别呈正、负相关,当厚度增加到一定值后,热流密度下降速率减小。在实际确定绝热层厚度和真空度时,应兼顾经济性和绝热性能。研究结果可为液氦储罐高真空多层绝热结构的设计提供参考。

包扎及合缝工艺对多层绝热性能的影响

利用静态液氮蒸发量热法测试了4种材料包覆工艺方案下的多层绝热结构低温绝热性能,探究了包扎工艺和合缝工艺耦合作用对多层绝热性能的影响。结果表明:采用贝壳式包扎更有利于绝热性能的提升;对比其它合缝工艺,插接式合缝避免了不同反射层间的干涉,实现了同层等温,因而绝热效果最佳;采用贝壳式包扎、插接式合缝的20反射层多层绝热结构的性能最优,其热流密度为1.840 W/m^(2),表观导热系数为6.699×10^(-5)W/(m·K);采用螺旋式包扎、搭接回折式合缝的20反射层多层绝热结构的性能最差,其热流密度和表观导热系数分别为3.775 W/m^(2)、1.266×10^(-4)W/(m·K)。包扎及合缝工艺对多层绝热性能影响显著,应按实际需求对材料的包覆工艺进行合理有效选择。

空间用多层绝热材料性能测试及优化布置改进分析

多层隔热材料在空间高真空环境下具有优良的绝热性能,随着空间技术的发展,对液氢温区多层绝热材料提出了更高的绝热性能和阻燃等特殊要求。基于层与层计算方法建立了多层绝热材料热流密度的计算模型,选取40层、60层和70层三种常用层数绝热材料对其热流密度进行了测试与计算,分析了层密度、冷热边界条件等对多层绝热材料热流密度的影响。最后通过遗传算法分析了多层绝热材料的布置方式对绝热性能的影响,获得了液氢温区绝热材料优化布置方式,与等密度多层绝热材料布置方式相比,热流密度降低10.63%。

耦合蒸气冷却屏的真空多层绝热结构对液氢储罐自增压过程的影响机制研究

基于MATLAB,构建了一种考虑氢储罐真空多层绝热结构、蒸气冷却屏和内部流体域的瞬态仿真模型。引入了无量纲的蒸气消耗因子η_(c)、休眠期延长因子η_(s)和单位因子η,η_(c)代表冷却屏在储存全周期蒸气的消耗量,η_(s)代表采用冷却屏时休眠期相对于未采用时休眠期的延长量,η是η_(s)与η_(c)的比值,代表冷却屏屏蔽漏热的能力。研究了冷却屏的无量纲位置、η_(c)、流量和开启时刻对η_(s)和η的影响。结果表明,在冷却屏开启时段不变时,使得η_(s)最大化的冷却屏最佳位置是0.622;当冷却屏位置是0.622,η_(c)从0.0640降至0.0128,η增大34.7%,但是当冷却屏的设置偏离最佳位置越远,降低η_(c)使得η增大的幅度越小;固定η_(c)和蒸气冷却屏的开启时长,η_(s)随着开启时刻的推迟先增大后减小,当冷却屏的位置是0.622,使η_(s)最大的开启时刻是第23.26天。

液氢储罐蒸气冷却屏多层绝热性能分析

针对液氢存储时由于与环境温差大而导致的漏热较大的问题,建立耦合蒸气冷却屏的多层绝热结构的传热模型,同时引入氢仲正转化进一步降低液氢储罐漏热,采用MATLAB自编程方法,分析多层绝热结构、仲正转化、蒸气冷却屏个数及排列方式对绝热结构性能的影响。研究结果表明:单个蒸气冷却屏的加入使多层绝热性能得到大幅提升,净热流密度最多下降61.3%,最佳屏位出现在绝热结构中心附近;氢仲正转化的加入能够使结构的绝热性能进一步提升,净热流密度最多下降11.1%;串联型蒸气冷却屏的绝热性能明显优于并联型蒸气冷却屏;当蒸气冷却屏数量由1增加至3时,净热流密度分别降低22.8%和10.9%。研究结果可为液氢储罐耦合蒸气冷却屏的多层绝热结构的设计和优化提供理论参考。

液氢用低温复合多层绝热材料的传热特性研究

基于液氢高效储运对低温绝热的需求,将液氢温区复合多层绝热材料(包含泡沫材料与多层绝热材料)作为研究对象,通过Layer-by-Layer模型构建复合多层绝热材料层间温度分布数值模型,分析了热通量随热边界温度、真空度与总层数变化规律。结果表明,热通量随着热边界温度的升高而增大,靠近冷边界区域的多层绝热材料承担了主要的绝热功能。随后对不同组合模式改变真空度下传热特性进行分析,发现相较于多层绝热材料,添加泡沫材料热通量减少20.76%。此外,复合多层绝热材料中多层绝热材料总层数的增加可以有效抑制热通量增加,综合考虑性能成本,在总层数为50层时抑制效果达到最佳,此时热通量为0.537 7 W/m^(2)。

高真空多层绝热结构层间压力反演

高真空是液氢温区多层绝热的基础,通过不同抽气工艺获得的多层绝热材料层间压力分布,使绝热结构性能有显著差异。为了预测多层绝热材料层间压力分布,并作为抽气工艺的评价依据,基于逐层传热学模型,首先通过理论计算建立由不同层间压力分布对应的温度分布组成样本集,应用截断奇异值分解获得其正交基。再根据某绝热结构样品实测的多层材料层间温度分布,采用吉洪诺夫正则化方法对正交基系数进行回归预测,重构层间压力分布,即反演获得了多层绝热材料的层间压力。通过与给定算例的对比验证,结果表明,采用本方法可以从易于精确测量的层间温度分布反演获得层间压力分布,更精确地预测多层绝热材料的性能。为评价、比较和优化液氢容器高真空多层绝热结构的抽气工艺提供参考。

高真空多层绝热温度场数值模拟研究

基于逐层传热计算方法,计算高真空多层绝热传热量,进而确定高真空多层绝热综合导热系数.结果表明,外界环境温度越高,升高相同温度,高真空多层绝热传热量增加越多,综合导热系数增加越多;基于综合导热系数,进行高真空多层绝热温度场数值模拟研究.结果表明,越靠近冷端,绝热层中温度变化越大,温度降低越明显;越靠近热端,绝热层中温度变化越小,温度升高越微弱.

高真空多层绝热超低温容器漏热分析

为解决高真空多层绝热超低温容器漏热的设计难点,通过对高真空多层绝热超低温容器支撑结构、容器接管、残余气体传热、辐射传热进行漏热分析,介绍了理论计算和数值模拟计算过程,同时提出了以机械构件和多层绝热结构优化为主的降低漏热的措施,最后将超低温容器蒸发率转化为允许漏热量,并以此作为性能考核指标,建立高真空多层绝热超低温容器漏热设计流程图,分析结果可为工程中的漏热设计提供参考。

低温真空多层绝热结构热阻的理论分析

低温下真空多层绝热是非常有效的绝热方式 ,广泛应用于众多领域的科研和工程实践中。低温下真空多层绝热的影响因素很多 ,具体包括反射屏之间隔层的材料特性、反射屏的层数、层密度、真空度、捆扎的松紧程度等。运用热阻网络分析了间隔物为纤维材料的低温真空多层绝热结构的热阻组成 ,对总热阻中固体导热热阻Rconduction(solid) 、辐射换热热阻Rradiation、残余气体导热热阻Rconduction(gas) 分别建立了理论模型 ,并进行了理论计算推导 ,得到了低温下真空多层绝热结构总热阻的计算公式。

高真空多层绝热低温管分段设计及安装技术

以山东方明环己酮己内酰胺尾气综合利用项目LNG储运装置的真空绝热管施工为例,对高真空多层绝热低温管安装前的结构设计和现场施工安装及多种接口保冷措施进行分析,提出一套符合现场实际安装的施工技术流程。总结施工过程中应考虑的问题和遇到疑难杂症的解决办法,解决施工当中常出现预制管段不合理导致的各种安装问题,对接口处保冷措施选择不当造成的保冷性能不佳,以及成本过高等问题进行研究。

应用逐层传热模型分析高真空多层绝热中的传热过程

本文在量热研究所得到的实验数据的基础上 ,通过建立逐层传热模型 ,对高真空多层结构中的传热过程进行了分析。计算结果和实验数据的比较表明 :模型较好的解决了反射屏间固体传热量难以用特定的公式进行计算的难题 ,计算得到的当量热导率与实验值的误差在 30 %以内 ,符合工程计算的要求。由此可见 ,逐层传热模型可以较好地反映层间的传热过程 。

真空多层绝热LHe输送管设计计算与传热分析

文章根据系统对输送管的性能要求,进行了LHe输送管结构设计和绝热材料的选型,计算真空多层绝热管的真空性能及传热性能的主要参数,求出其真空夹层的最大允许漏率及单位管长的热损失。经NBI实验,表明该管在100 L LHe输送中热损小,满足设计需要。

变密度多层绝热的理论分析

讨论了一种新型的多层绝热结构,针对径向内外侧不同层间辐射阻断的强弱比例特征、材料重量、以及结构强度,对多层材料的布置进行了优化设计。主要分析多层绝热的绝热性能随层密度分布的变化规律,寻找特定条件下最优化层密度的分布方式,并研究了最优化层密度分布方式与绝热系统各参数之间的关系。

高真空多层绝热低温管道内管路波纹管应力非线性有限元分析

广泛用于LNG等输送的高真空多层绝热(HV-MLI)低温管道常使用波纹管膨胀节来补偿其内管的冷缩变形,波纹管由于工作在深冷环境中且要承受液体内压,在实际使用过程中常出现断裂进而导致整个管道失效。为此,介绍了HV-MLI低温管道的基本结构,建立了波纹管有限元模型,在HV-MLI低温管道输送LNG、LO_2及LN_2的不同工况下对波纹管进行了应力非线性有限元计算,分析了轴向位移载荷及内压载荷分别作用下的波纹管响应状况,并结合国家标准GB/T 12777—2008对所用波纹管进行了强度及疲劳寿命校核。结果表明:(1)波纹管满足HV-MLI低温管道使用要求;(2)输送LN_2工况时波纹管等效应力最大,波纹管波峰内表面为危险点,此时可以考虑适当降低介质输送压力;(3)轴向位移载荷引起的波纹管子午向应力远超过材料的屈服极限,是引起波纹管疲劳损坏的主要因素,在管道设计及使用时应严格控制其数值。

变密度多层绝热最优层密度研究

基于正交实验法对变密度多层绝热(VD-MLI)设计不同层密度组合方案,同时采用逐层传热分析模型进行漏热量计算。结果表明不同层密度组合的VD-MLI漏热量不同,VD-MLI最优层密度组合方案为低密度区8层/cm,中密度区14层/cm,高密度区20层/cm。在最优层密度组合基础上,确定了不同热端温度条件下,液氮、液氧、液态甲烷VD-MLI满足漏热量要求的最小厚度。热端温度165K,液氮最小厚度9mm,液氧8mm,液态甲烷6mm;热端温度300K,液氮最小厚度39mm,液氧38mm,液态甲烷36mm;热端温度400K,液氮最小厚度94mm,液氧93mm,液态甲烷92mm。

6m^3高真空多层绝热液氧容器真空性能

对高真空多层绝热液氧容器的真空寿命影响因素进行了分析和研究， 提出了解决问题的技术方案， 分析了吸附剂、吸气剂在获得和保持夹层真空度中的重要作用。

层间压强对多层绝热性能的影响

采用毛细管间接测压法测量多层层间的压强， 对经不同处理过的高真空多层绝热材料进行了实验，测出了多层绝热结构的层间压强和对应的当量热导率，分析了处理方法对层间压强及绝热性能的影响， 并计算了动态及静态时层间残余气体导热量。

L形高真空多层绝热低温管道热-结构耦合分析

用于输送LNG等低温介质的高真空多层绝热(HV-MLI)低温管道常处于深冷环境且要承受流体内压,在热-结构耦合作用下的受力较为复杂。为了研究HV-MLI低温管道各部件在复杂载荷作用下的响应状况,以某水平—竖直走向的L形HV-MLI低温管道为例,建立了热-结构耦合分析有限元模型,计算得出了不同工况下的管道温度场分布情况,以及管道中内管、外管、热桥、波纹管和绝热支撑上的应力及应力随各载荷的变化关系。分析结果表明:(1)绝热支撑和热桥是影响管道漏热量的主要部件,以输送LN_2为例,通过上述两个部件的漏热量分别占管道总漏热量的49.07%和49.32%;(2)内管、外管、弯头及热桥等部件应力较小且低于材料屈服极限,实际使用过程中不易发生危险;(3)波纹管应力随输送介质温度的降低和补偿内管长度的增加而增大,水平管段波纹管的应力较高,是管道中的危险部件;(4)内管所受内压是影响绝热支撑应力的主要因素,随内管内压的增大,水平管段与竖直管段中离弯头最近的绝热支撑应力大幅增加,而远离弯头的其他位置处的绝热支撑应力变化不大,因而可适当增加离弯头最近的绝热支撑厚度,同时减少远离弯头处支撑的厚度,以便在保证强度的同时减少漏热量。