真空低温容器绝热失效判据的研究

　　随着低温技术的快速发展，低温容器的应用也愈加广泛[1]. 由于真空绝热效果优良，所以大部分低温容器都采用真空结构. 对于真空型低温容器，真空度的高低直接影响其绝热效果，真空度越低，绝热效果越差. 因此理论上可以依据真空度的值来判断真空低温容器的绝热是否失效，但现在一般都是依据经验来掌握一个大概的真空度范围，还没有统一的标准[2]. 考虑真空低温容器的结构特点，本文提出用低温容器与空气换热量的大小来判断低温容器绝热性能的优劣，并通过实例计算证明了该方法的有效性.

　　1 绝热失效判据的建立

　　事实上，由于低温容器真空度降低而导致其绝热性能下降，容器表面温度 tw也将随之降低. 当容器表面温度在空气露点温度 tl之上时，容器表面与空气的换热处于自然对流状态;若其绝热性能进一步降低，容器表面温度将降至空气露点温度，空气中的水蒸气就会在容器表面开始凝结，从而形成一层很薄的液膜[3]此时空气与容器表面间的换热就已不是单纯的对流换热(显热交换)，还有冷凝换热(潜热交换)，而且，冷凝换热要比自然对流换热强烈得多，从而引起容器漏冷激增. 文[4]通过理论分析和实验证实了表面温度达到露点温度时正好是夹层真空度失效之时，因此空气露点温度 tl应是容器绝热效果失效时的临界表面温度，即真空低温容器绝热失效的判据为：tw=tl.

　　理论上讲，如果容器外表面温度场均匀分布，依据上述判据，即可确定容器绝热性能是否失效. 但是，由于夹层内部保冷结构的不对称以及容器外壁不可避免存在一定变形及凹坑，实际容器表面的温度分布不可能为严格意义的均匀场. 当容器绝热性能比较差时，因温度分布不均，容器表面一般会出现部分区域形成冷凝液膜，部分区域仍是干燥表面. 这样，上述判据与实际的绝热效果失效就不相对应，也即该判据不成立.

　　鉴于上述情况，考虑到理想低温容器绝热效果失效时容器表面温度达到空气露点温度，故以空气露点温度为临界点，按传热学原理计算容器在该临界温度下与空气的换热量，该换热量即为容器的临界换热量Qc. 实际容器的换热量Q则根据实测温度场计算. 这样，就可以建立如下低温容器绝热效果失效判据：

　　2 换热量的计算

　　2.1 容器表面温度均匀分布

　　假设容器表面温度均匀分布并且等于空气露点温度，此时，空气中的水蒸气冷凝形成液膜而附着于容器表面,因此，靠近液膜的薄层空气中的水蒸气分压力将下降并形成不凝性气体层,邻近不凝性气体层的水蒸气需扩散通过该气体层才能继续冷凝[5]. 如图1所示.