高真空多层绝热低温容器真空丧失后的传热研究

　　1 引言

　　出于低温应用的需求，低温绝热技术得到了快速的发展。高真空多层绝热容器凭借着其卓越的绝热性能，在低温贮运领域中正得到越来越广泛的应用[1，2]。高真空多层绝热是一种基于真空技术的绝热结构，绝热夹层内真空度的好坏会直接影响其绝热效果[3]。良好真空环境的维持可以最大限度的避免对流传热在低温容器绝热夹层内的发生，从而使其总的漏热量维持在很低的水平。然而一旦发生事故造成高真空多层绝热低温容器壳体破损，其绝热夹层的真空环境将迅速被破坏，这时低温容器在正常使用状态下被刻意避免的对流传热会在其绝热夹层内得到迅速加强，进而使其绝热性能急剧下降; 绝热夹层漏热量的急剧增加有可能会给需要良好绝热的低温容器带来灾难性的后果。

　　高真空多层绝热容器真空丧失前后的传热问题国内外已经进行了一定的研究[3 -12]。然而，过去的研究大多都是针对特定的容器、特定的绝热结构进行的，缺乏对其影响因素的系统研究，因此难以将实验结果进行推广。本次实验研究中我们通过改变可能影响高真空多层绝热低温容器发生完全真空丧失事故后其绝热夹层传热的相关参数( 绝热夹层内的绝热材料层数和低温容器初始充满率) ，进行了多次真空丧失实验以期得到相关参数的变化对发生完全真空丧失事故的低温容器传热的影响，进而总结各参数的变化对绝热夹层漏热量影响的规律。

　　2 实验系统

　　高真空多层绝热低温容器完全真空丧失后的传热研究实验系统如图 1 所示，主要由实验用高真空多层绝热低温容器、高真空环境获取系统、真空丧失发生系统以及测量系统组成。

　　2. 1 实验用低温容器

　　实验用低温容器是本实验系统的关键及核心设备，为由内外两层筒体组成的、外筒体可拆卸的高真空多层绝热低温容器。实验容器的内筒体是由直径为450mm、高度为935mm 的圆筒体及两个标准椭圆形封头焊接而成，内筒体的几何容积为180l。由反射屏和间隔物交替叠加组成的多层绝热材料按实验需求均匀包扎于内筒体上，包扎时每 10 层处的接口要相互错开以保证绝热材料的绝热效果。内筒体包扎绝热材料后的照片如图 2所示。

　　2. 2 高真空环境获取系统

　　高真空环境获取系统由一套高真空机组、冷阱以及高真空挡板阀组成，其功能是获取实验低温容器正常使用状态下的高真空环境。高真空机组由分子泵和机械泵组成，常温状态下该机组可达到的极限真空度为 1 ×10- 5Pa。高真空挡板阀起到连接高真空机组与实验低温容器夹层的作用，可以根据对低温容器绝热夹层抽空及置换需要进行方便的开关。