[發(fā)明專利]一種液氦儲(chǔ)罐復(fù)合變密度多層絕熱結(jié)構(gòu)變密度優(yōu)化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011601623.6
• 申請(qǐng)日: 2020-12-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112856208B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李長(zhǎng)俊;張財(cái)功;賈文龍;吳瑕;蒲兼林;王靜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南石油大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): F17C1/12
• 分類(lèi)號(hào): F17C1/12;B32B7/027
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明專利公開(kāi)了一種液氦儲(chǔ)罐復(fù)合變密度多層絕熱結(jié)構(gòu)變密度優(yōu)化方法，該方法考慮了間隔物的增加對(duì)多層絕熱層間殘余氣體導(dǎo)熱及固體導(dǎo)熱產(chǎn)生影響，殘余氣體導(dǎo)熱量隨間隔物的增加而增加，固體導(dǎo)熱量隨間隔物的增加而減小。因此，該計(jì)算方法綜合兩這方面變化規(guī)律，建立復(fù)合變密度多層絕熱結(jié)構(gòu)的層密度優(yōu)化方法。對(duì)復(fù)合多層絕熱層內(nèi)每個(gè)添加間隔物的位置逐層優(yōu)化，并不斷增加間隔物數(shù)量，直至總熱流密度達(dá)到最小值，該最小值對(duì)應(yīng)的間隔物數(shù)量即為該層的最佳間隔物刷量，并采用同樣的方法對(duì)其余各層進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了液氦儲(chǔ)罐復(fù)合變密度多層絕熱結(jié)構(gòu)的優(yōu)化配置，進(jìn)一步提高了液氦儲(chǔ)罐的保冷性能，減小了液氦的蒸發(fā)損耗。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種液氦儲(chǔ)罐復(fù)合變密度多層絕熱結(jié)構(gòu)變密度優(yōu)化方法，屬于低溫液體被動(dòng)熱防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

氦氣是一種單原子惰性氣體，無(wú)色無(wú)味無(wú)毒，是人類(lèi)目前發(fā)現(xiàn)的臨界溫度最低的物質(zhì)。液氦具由極低的臨界溫度，高效對(duì)流傳熱特性及高量子力學(xué)零點(diǎn)能，因此，在宇宙探索、軍工、制冷、醫(yī)療、半導(dǎo)體及磁鐵生產(chǎn)、超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)、光電子產(chǎn)品生產(chǎn)等領(lǐng)域發(fā)揮了不可替代的作用。目前，氦主要采用液相形式運(yùn)輸，但是液氦的極低溫為液氦儲(chǔ)罐的熱防護(hù)要求帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。液氦儲(chǔ)罐的保冷需要絕熱性能優(yōu)異的絕熱結(jié)構(gòu)，目前的絕熱結(jié)構(gòu)主要有真空多層絕熱、變密度多層絕熱、氣冷屏絕熱等形式。但是，采用單一的絕熱結(jié)構(gòu)時(shí)液氦儲(chǔ)罐的漏熱量偏大的問(wèn)題依然存在，而液氦價(jià)格昂貴，因此，如何液氦提高儲(chǔ)罐的保冷性能成為了一個(gè)需長(zhǎng)期關(guān)注的問(wèn)題。近年來(lái)，隨著低溫絕熱技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，在多種方法聯(lián)合應(yīng)用的大趨勢(shì)下，將兩種或三種絕低溫?zé)峒夹g(shù)聯(lián)合應(yīng)用的復(fù)合多層絕熱及復(fù)合變密度多層絕熱技術(shù)成為了本領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。復(fù)合多層絕熱是在真空多層絕熱的內(nèi)側(cè)安裝泡沫絕熱層得到，其本質(zhì)是真空多層絕熱和普通堆積絕熱的聯(lián)合應(yīng)用。而復(fù)合變密度多層絕熱是在復(fù)合多層絕熱技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行變密度優(yōu)化得到，其基本原理是減小冷邊界附近的層密度以降低冷邊界附近的固體導(dǎo)熱熱流密度，增加熱邊界附近的層密度以減少熱邊界附近的輻射傳熱，從而減小液氦儲(chǔ)罐的漏熱，減小液氦的蒸發(fā)損耗。根據(jù)現(xiàn)有的研究成果，以上兩種絕熱結(jié)構(gòu)中，泡沫絕熱層的引入和變密度的優(yōu)化能夠提高低溫儲(chǔ)罐的絕熱性能。

但是，目前針對(duì)液氦儲(chǔ)罐復(fù)合變密度多層絕熱結(jié)構(gòu)進(jìn)行的變密度優(yōu)化研究的存在以下問(wèn)題。第一，目前關(guān)于多層絕熱變密度優(yōu)化的研究主要圍繞多層絕熱結(jié)構(gòu)開(kāi)展，目前尚無(wú)對(duì)于復(fù)合變密度多層絕熱結(jié)構(gòu)優(yōu)化的研究；第二，針對(duì)液氦儲(chǔ)罐復(fù)合變密度多層絕熱結(jié)構(gòu)的變密度優(yōu)化研究很少，對(duì)于變密度優(yōu)化的研究主要圍繞液氫、液氮儲(chǔ)罐開(kāi)展。液氦是目前溫位最低的液體，其臨界溫度低至5.15K，沸點(diǎn)低至4.2K，比LNG、液氮等低溫液體低得多，甚至比液氫還要低，液氦儲(chǔ)罐對(duì)環(huán)境漏熱的敏感性最高，漏熱導(dǎo)致的蒸發(fā)損失及儲(chǔ)運(yùn)安全問(wèn)題最嚴(yán)重，因此，針對(duì)液氦儲(chǔ)罐復(fù)合多層絕熱開(kāi)展變密度優(yōu)化研究的需求極為迫切，但目前幾乎沒(méi)有關(guān)于液氦儲(chǔ)罐變密度優(yōu)化研究的文獻(xiàn)報(bào)道。第三，現(xiàn)有的變密度優(yōu)化研究主要采用正交實(shí)驗(yàn)法或人為設(shè)定變密度優(yōu)化終止條件，導(dǎo)致變密度優(yōu)化結(jié)果并非最優(yōu)，即儲(chǔ)罐的絕熱性能可進(jìn)一步提高。因此，開(kāi)展液氦儲(chǔ)罐復(fù)合變密度多層絕熱變密度優(yōu)化方法的研究非常重要。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于：在滿足國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的條件下，提出了一種液氦儲(chǔ)罐復(fù)合變密度多層絕熱結(jié)構(gòu)變密度優(yōu)化方法，能夠優(yōu)化配置冷邊界和熱邊界附近的間隔物數(shù)量，實(shí)現(xiàn)了液氦儲(chǔ)罐復(fù)合變密度多層絕熱結(jié)構(gòu)的變密度優(yōu)化，達(dá)到了提高液氦儲(chǔ)罐絕熱性能，降低液氦蒸發(fā)損耗的目的。