基于高真空VD-MLI技術的低溫容器傳熱及結構分析.pdf

1、隨著科學技術的發(fā)展和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要，低溫技術已成為國防建設、國民經(jīng)濟和科學研究等諸多領域不可或缺的技術。作為二十一世紀發(fā)展迅速的航天科學技術，無論從地面火箭發(fā)射，衛(wèi)星環(huán)境試驗，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的支持。在低溫液體長時間、大容量儲存過程中，由于低溫液體的沸點溫度遠低于周圍環(huán)境溫度，盡管對儲存和運輸?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、傳遞到容器內部，引起低溫液體蒸發(fā)產(chǎn)生BOG，導致低溫液體組分、熱力學性質發(fā)生變化，且隨著BOG的不斷產(chǎn)生，容器內壓力和溫度升高，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發(fā)展的關鍵問題。
　　為了保持低溫容器內部壓力穩(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存，縮短了低溫液體的儲運周期，同時還造成資源浪費和環(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劑儲存提

3、出了低溫液體 ZBO儲存技術，低溫容器絕熱層采用SOFI與 VD-MLI組合的高性能絕熱層結構，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的熱交換器從容器內移出，實現(xiàn)對低溫液體冷卻和BOG冷凝再液化。該技術有效控制了低溫液體蒸發(fā)量，保證了低溫液體高效、安全儲存和運輸，實現(xiàn)了低溫液體長時間零蒸發(fā)損耗儲存的目的。
　　根據(jù)低溫液體 ZBO儲存中BOG再液化技術試驗研究的需要，本課題設計搭建低

4、溫液體BOG再液化系統(tǒng)試驗裝置，將 VD-MLI技術用于低溫容器的絕熱，擬對基于高真空 VD-MLI技術的低溫容器傳熱及結構進行研究。
　　首先，對采用高真空 VD-MLI技術的低溫容器傳熱進行研究，分析各結構漏熱對低溫容器絕熱性能的影響。結果表明采用VD-MLI低溫容器漏熱量很小，滿足制冷系統(tǒng)要求；同時，在低溫容器結構漏熱中，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，運用ANSYS有限元

5、軟件對采用高真空 VD-MLI技術的低溫容器進行熱結構耦合分析，研究熱載荷和力載荷耦合作用下容器熱應力分布規(guī)律，發(fā)現(xiàn)最大熱應力發(fā)生在內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，而周向熱應力大小不變。運用等效線性化處理方法對最大熱應力截面進行分類研究，表明最大熱應力截面強度滿足要求。
　　最后，借助低溫液體 BOG再液化系統(tǒng)試驗裝置對基于高真空 VD-MLI技術的低溫容器夾層漏放氣速率和蒸發(fā)率進行了試驗測量，并