《低温绝热技术》ppt课件

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1、上海理工大学2011年5月陈曦低温技术基础Chenxistudy@163.com14低温绝热技术4.1低温绝热原理4.2堆积绝热4.3高真空绝热4.4真空粉末（或纤维）绝热4.5高真空多层绝热4.6高真空多屏绝热4.7各类绝热方法比较4.8低温贮运4.9低温绝热容器的设计方法2低温贮运流体被液化并纯化到一定水平后就必须设法贮存和运输。低温液体的运输一般有两种方法：(1)用低温槽车或低温容器运送(2)管道输送低温贮运设备的关键在于其绝热形式和特定的结构设计。4.1低温绝热原理3“绝热”并不是完全的热隔绝，只是把热量传递(导热,对流和幅

2、射)减少到尽可能低的程度。低温绝热可分为五种类型：(1)堆积绝热(2)高真空绝热(3)真空粉末（或纤维）绝热(4)高真空多层绝热(5)高真空多屏绝热4表4-1泡沫绝热材料的表观热导率（设冷热边界温度分别为77K和300K）泡沫塑料密度(kg/m3)热导率(W/mK)聚氨脂110.033聚苯乙烯39460.0330.026橡胶800.036硅(石英）1600.055玻璃1400.03554.2堆积绝热堆积绝热一般可分为泡沫型绝热和粉末或纤维型绝热两种类型。泡沫型绝热材料(如泡沫聚氨脂、泡沫聚苯乙烯、泡沫玻璃、橡胶等)为非均质材料，其导

3、热率主要取决于其密度以及发泡气体，此外还有绝热层的平均温度。粉末或纤维型绝热的主要缺点是水蒸汽和空气能通过绝热层渗入到冷表面，除非设置蒸汽阻挡层即防潮层。64.3高真空绝热采用真空绝热即能消除传热的两个主要因素即固体导热和气体对流换热。两表面之间的辐射传热可由斯蒂芬—玻尔兹曼定律描述：(4.1)对于低温容器对于同心球体或圆柱体7通过在冷热两表面之间间隔辐射屏(一般为高反射率的材料)可大大减少热辐射。(4.2)高真空绝热中，内外容器壳体之间传热量Q可表示为：(4.3)8(4.4)式中的分别为气体分子在表面的温度适用系数(见表3-2)(

4、4.5)若冷表面积近似等于热表面积，则9表4-2不同温度下几种气体的a值温度(K)氦气(He)氢气()氖气()空气(Air)3000.290.290.660.8～0.9770.420.530.831.00200.590.971.001.0041.00///表4-3计算系数与气体种类空气的范围<400K<360K300～77K77～20K任意<360K1.1931.1183.9612.9862.1011.114104.4真空粉末（或纤维）绝热图4-1气体压力对真空粉末（目珠光砂）绝热性能的影响残余气体为氮气,冷热二侧温度分别为77K和

5、300K11典型绝热层的表观热导率于气体压力的关系示于图4-1。真空粉末中掺入铜或铝片(包括颗粒)可有效地抑制辐射热，该类绝热被称为真空阻光剂粉末绝热。在室温和液氮温区内真空粉末绝热性能优于单纯的高真空绝热。12密度(）0.95×1.90×1.60×0.59×1.20×1.70×绝热材料热导率()细珠光砂180粗珠光砂64气凝胶80硅酸钙210锅黑灰200玻璃纤维50表4-4真空粉末(或纤维)绝热的表观热（冷热二侧温度分别为77K和300K,残余气体压力小于0.1Pa）13表4-5几种典型的多层绝热表观热导率（对应冷热边界分别为77

6、K和300K,残余气体压力小于1.3mPa）绝热层密度层热导率()6μ铝箔+0.15mm玻璃纤维203.76μ铝箔+2mm人造纤维布107.86μ铝箔+2mm尼龙布113.48.7μ铝箔+填炭玻璃纤维纸301.450μ单面喷铝植物纤维纸401.420μ双面喷铝涤纶薄膜751.58μ单面喷铝进口涤纶薄膜1210.92144.5高真空多层绝热图4-2典型真空多层绝热与残余气体压力的关系绝热层密度24层/cm,冷热边界分别为77K和300K15从4-2图中可以看到为保证其高效的绝热性能，真空度应达0.01Pa以上。多层绝热体密度取决于辐射

7、屏的厚度和密度所采用的间隔物材料以及层密度，可用下式表示(4.6)高真空多层绝热的热量传递主要由热辐射和绝热层内固体热导组成，表观热导率可表示为(4.7)164.6高真空多屏绝热图4-3蒸汽冷却屏低温贮存容器17如图4-3所示，挥发的蒸汽可以带走一部分传入的热量，其效果取决于挥发气体的显热于潜热之比。分析如下：从室温传给蒸汽冷却屏的热量(4.8)(4.9)屏与内胆之间的传热可类似地表达成：(4.10)排气吸收的显热为：(4.11)18由能量平衡方程(4.12)并由式(3-8)、(3-10)和(3-11)得设则即(4.15)(4.13

8、)(4.14)19图4-4带汽冷屏的低温贮存容器的汽冷屏温度比与热导比的关系20介质72.96.376.401.140.87表4-6低温介质的显热与潜热比图4-4所示，值越大，汽冷屏温降越大。表4-6所示，液氦容器采用蒸汽冷却屏效果最