基于高真空VD-MLI技術(shù)的低溫容器傳熱及結(jié)構(gòu)分析.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要，低溫技術(shù)已成為國防建設(shè)、國民經(jīng)濟(jì)和科學(xué)研究等諸多領(lǐng)域不可或缺的技術(shù)。作為二十一世紀(jì)發(fā)展迅速的航天科學(xué)技術(shù)，無論從地面火箭發(fā)射，衛(wèi)星環(huán)境試驗(yàn)，空間對地觀察以及深空探測，甚至空間資源開發(fā)等都離不開低溫技術(shù)的支持。在低溫液體長時(shí)間、大容量儲(chǔ)存過程中，由于低溫液體的沸點(diǎn)溫度遠(yuǎn)低于周圍環(huán)境溫度，盡管對儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)蜏匾后w的容器采取了高性能的絕熱措施，但低溫液體的蒸發(fā)仍是不可避免的。熱量不斷通過容器壁、附屬管件等

2、傳遞到容器內(nèi)部，引起低溫液體蒸發(fā)產(chǎn)生BOG，導(dǎo)致低溫液體組分、熱力學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，且隨著BOG的不斷產(chǎn)生，容器內(nèi)壓力和溫度升高，將對容器產(chǎn)生不利影響。因此，低溫容器的絕熱性能在很大程度上是制約低溫技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵問題。
　　為了保持低溫容器內(nèi)部壓力穩(wěn)定，避免容器破壞，需將BOG排出容器外部，這既不利于低溫液體的無損儲(chǔ)存，縮短了低溫液體的儲(chǔ)運(yùn)周期，同時(shí)還造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。美國國家航空航天局低溫研究者針對空間飛行器低溫推進(jìn)劑儲(chǔ)存提

3、出了低溫液體 ZBO儲(chǔ)存技術(shù)，低溫容器絕熱層采用SOFI與 VD-MLI組合的高性能絕熱層結(jié)構(gòu)，支撐采用熱阻大的 PODS，絕熱層和支撐無法解決的外部傳熱量則采用耦合于小型低溫制冷機(jī)的熱交換器從容器內(nèi)移出，實(shí)現(xiàn)對低溫液體冷卻和BOG冷凝再液化。該技術(shù)有效控制了低溫液體蒸發(fā)量，保證了低溫液體高效、安全儲(chǔ)存和運(yùn)輸，實(shí)現(xiàn)了低溫液體長時(shí)間零蒸發(fā)損耗儲(chǔ)存的目的。
　　根據(jù)低溫液體 ZBO儲(chǔ)存中BOG再液化技術(shù)試驗(yàn)研究的需要，本課題設(shè)計(jì)搭建低

4、溫液體BOG再液化系統(tǒng)試驗(yàn)裝置，將 VD-MLI技術(shù)用于低溫容器的絕熱，擬對基于高真空 VD-MLI技術(shù)的低溫容器傳熱及結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。
　　首先，對采用高真空 VD-MLI技術(shù)的低溫容器傳熱進(jìn)行研究，分析各結(jié)構(gòu)漏熱對低溫容器絕熱性能的影響。結(jié)果表明采用VD-MLI低溫容器漏熱量很小，滿足制冷系統(tǒng)要求；同時(shí)，在低溫容器結(jié)構(gòu)漏熱中，頸管漏熱占總漏熱量的51.8％，是影響低溫容器絕熱性能的主要因素。
　　其次，運(yùn)用ANSYS有限元

5、軟件對采用高真空 VD-MLI技術(shù)的低溫容器進(jìn)行熱結(jié)構(gòu)耦合分析，研究熱載荷和力載荷耦合作用下容器熱應(yīng)力分布規(guī)律，發(fā)現(xiàn)最大熱應(yīng)力發(fā)生在內(nèi)容器上封頭與頸管連接處，并且向容器直筒段與封頭連接處的方向減小，而周向熱應(yīng)力大小不變。運(yùn)用等效線性化處理方法對最大熱應(yīng)力截面進(jìn)行分類研究，表明最大熱應(yīng)力截面強(qiáng)度滿足要求。
　　最后，借助低溫液體 BOG再液化系統(tǒng)試驗(yàn)裝置對基于高真空 VD-MLI技術(shù)的低溫容器夾層漏放氣速率和蒸發(fā)率進(jìn)行了試驗(yàn)測量，并