[發明專利]一種液氦儲罐復合變密度多層絕熱結構變密度優化方法

有效

• 申請號: 202011601623.6
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112856208B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 李長俊;張財功;賈文龍;吳瑕;蒲兼林;王靜
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: F17C1/12
• 分類號: F17C1/12;B32B7/027
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種液氦儲罐復合變密度多層絕熱結構變密度優化方法，其特征在于：所述優化方法考慮了間隔物的增加對多層絕熱層間殘余氣體導熱及固體導熱產生的影響，所述殘余氣體導熱量隨間隔物的增加而增加，所述固體導熱量隨間隔物的增加而減小；計算方法綜合兩方面變化規律，建立復合變密度多層絕熱結構的變密度優化方法，計算過程包括以下步驟：

1)建立無量綱壓強系數p*(i，n)：

以穩定條件下的多層絕熱層壓強分布方程為基礎，對其進行退化、離散化、遞歸等處理，并定義二元壓強分布函數p(i，n)，由下式表示：

其中，p₀表示沒有絕熱層時真空系統的壓強；D表示擴散系數；δ表示絕熱層厚度；ω₀表示單位體積絕熱層的放氣量；i表示層位置；n表示增加的間隔物數量；N表示絕熱層中的輻射屏總數；p(i，1)表示輻射屏之間不多增加間隔物(n＝1)，即層密度優化的初始二元壓強分布函數，由下式表示：

對上述二元壓強分布函數進行無量綱化，定義無量綱壓強系數p*(i，n)，按下式計算：

2)初始二元壓強分布函數參數擬合：

對于初始二元壓強分布函數p(i，1)中的未知參數，采用實驗值進行反算；為了提高擬合精度，根據壓強分布曲線的變化規律進行分段，分3段，對不同區間采用不同的二次曲線進行擬合，不同區間得到不同的函數，從而提高擬合的精度，按下式計算：

其中，a₁、b₁、c₁；a₂、b₂、c₂；a₃、b₃、c₃表示p(i，1)在第1、2、3段的方程系數，均為常數，無量綱；

3)變密度優化：

考慮間隔物的增加對固體導熱的影響，在該層間隔層加入n個間隔物后，固體導熱熱阻增加為原來的n倍，得到加入n個間隔物后的固體導熱熱流密度，按下式計算：

其中，q_s-cond表示固體導熱熱流密度；C表示經驗常數，取0.008；f表示間隔物材料相對于固體材料的相對密度；Δx表示間隔物在輻射層之間的實際厚度；k表示間隔物材料的導熱系數；T_i表示溫度較高輻射屏的溫度；T_i-1表示溫度較低輻射屏的溫度；

考慮間隔物的加入對殘余氣體導熱的影響，得到復合變密度多層絕熱結構層密度優化模型，計算增加間隔物后的總熱流密度，按下式計算：

其中，q_tot表示總熱流密度；q_rad表示輻射熱流密度；q_g-cond表示殘余氣體導熱熱流密度；σ表示Stephan-Boltsman常數；ε_i表示溫度較高輻射屏的發射率；ε_i-1表示溫度較低輻射屏的發射率；α表示熱適應系數；R表示氣體常數；M表示氣體的摩爾質量；γ表示比熱容比；T_g表示環境溫度；c_p、c_t表示壓力修正系數和溫度修正系數；

采用上述計算方法，對復合多層絕熱層內每個添加間隔物的位置依次進行優化，每次針對一層間隔層進行添加，并不斷增加間隔物數量，直至總熱流密度達到最小值，該最小值對應的間隔物數量即為該層的最佳間隔物數量，并采用同樣的方法對其余各層進行優化。