高真空多层绝热低温容器完全真空丧失后传热及绝热夹层内温度分布规律实验

　　1 引 言

　　工业气体在国民经济中有着重要的地位和作用，广泛应用于冶金、石油、石化、化工、机械、电子、航空航天、食品等诸多领域，是工业生产的重要支柱，同时在国防建设和医疗卫生领域也发挥着重要作用。目前中国工业气体的需求量以每年 12% 左右的速度快速增长。面对国内市场需求的快速增长，“液态化”是气体工业发展的重要方向。这主要是因为各种气体如氮气、氧气、氩气、氢气等均具有很高的气液体积比，可以液化后通过低温容器进行高效率的储存和运输。在这种工业气体蓬勃发展的背景下，市场对低温储运设备的需求也随之急剧增加。有“超级绝热”之称的高真空多层绝热方式凭借着其卓越的绝热性能，在低温储运领域中正得到越来越广泛的应用。然而，高真空多层绝热容器良好的夹层真空度是保证其具有优良绝热性能的前提，一旦发生事故造成容器壳体破裂，随着气体传热在绝热材料内部的增强，容器的绝热性能将会急剧下降。对于广泛应用在工业领域的低温容器来说，真空丧失后低温容器的漏热量通常是高真空绝热状态下的数百倍或更高，这无疑会严重威胁到低温容器的安全。

　　国内外学者已经针对高真空多层绝热容器真空丧失前后的传热问题进行了一定的研究[1-10]。以往的研究大多关注于特定设计容器的安全性验证，对于由不同气体引起的高真空多层绝热低温容器完全真空丧失后的传热过程鲜有研究。本次实验中，采用了工业化的高真空多层绝热低温量热器，以液氮为低温介质，分别利用氮气、二氧化碳、氧气、氦气及空气破坏容器的绝热夹层，模拟高真空多层绝热低温容器真空丧失过程。在实验中对发生完全真空丧失后的低温容器的排放率以及绝热夹层内部的温度场变化进行了测量，通过对所采集数据的分析比较，指出不同的破空气体种类对完全真空丧失后的低温容器绝热夹层传热有很大影响。

　　2 实验装置、方法及步骤

　　本实验中所使用的高真空多层绝热低温量热器在传统低温量热器的基础上进行了改进，使之可以获得更加精确的、可用于工业应用的数据[11-12]。内容器由保温筒和测量筒两部分组成。通过在保温筒和测量筒内加注相同的低温介质，可以最大程度上消除颈管传热对测量结果的影响，从而获取准确的高真空多层绝热的漏热量数据。测量筒由一个外径 D =0. 446 m，高度 L = 0. 475 m 的圆筒和一个标准碟形封头组成，由反射屏与间隔物组成的多层绝热被包扎在整个内筒体的外部，起到保温作用。

　　在低温量热器的外筒体上安装有一个直径为 25mm 的高真空挡板阀，它可以被快速的开启以模拟量热器可能发生的绝热夹层真空丧失事故。在量热器的外筒体上还安装有一个数字真空计，其测量范围为1 × 10- 5—1 ×10