高真空多层绝热低温容器真空丧失试验

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1、上海交通大学硕士学位论文高真空多层绝热低温容器真空丧失试验研究姓名：杨磊申请学位级别：硕士专业：制冷与低温工程指导教师：汪荣顺20080215上海交通大学硕士学位论文高真空多层绝热低温容器真空丧失试验研究高真空多层绝热低温容器真空丧失试验研究摘要随着低温技术的不断发展，高真空多层绝热凭借着其卓越的绝热性能，在低温贮运领域中得到了广泛应用。然而高真空多层绝热容器的绝热性能主要取决于容器夹层的真空度，一旦发生事故造成容器夹层真空丧失，容器的漏热量骤增，这将导致容器内压力迅速升高。对于一些易燃易爆和有危害的气

2、体来说，安全阀开启后直接将气体泄放至大气环境中无疑十分危险。目前国外的真空丧失研究主要集中在航空航天领域，其研究对象往往受限于航天飞行器系统，工作特点以及性能要求均不同于工业用低温容器，且目前国内缺乏相关的试验数据，因此对工业用高真空多层绝热容器的真空丧失这一极端工况进行系统的试验研究是十分必要的。本文介绍了针对工业175L高真空多层绝热容器进行真空丧失试验的方法。试验中通过更换不同层数的夹层材料来获得不同的漏热量，应用敞口蒸发气体流量测试来得到不同绝热材料下容器真空丧失后的漏热量。通过容器密闭升压试验

3、来获取真空丧失后不同绝热材料和不同初始充满率条件下的升压曲线，同时对安全阀的工作状态进行测试。考虑到真空丧失极端工况下气液状态的变化，试验中对容器内的气液温度、压力以及容器壁面、夹层温度进行了实时监控。通过对试验结果的综合比较分析发现：容器真空丧失后的平均热流密度是高真空绝热条件下的数十倍；夹层材料在真空丧失条件下仍起到了一定的隔热作用；容器增压时大部分气体处于过热状态，液体则一直处于过冷状态并吸热升温，且液体在升温过程中出现了热分层现象；容器增压时安全阀有三种不同的工作状态，即增压期、安全阀稳定工作期

4、、安全阀不稳定工作期，结合这三种工作状态本文提出了处理真空丧失事故的指导意见。结合试验数据，本文建立了真空丧失夹层传热计算模型，该模型计算得到的漏热量和夹层温度分布均与试验结果吻合良好。另外，本文还针对真空丧失后容器内低温液体的热分层现象进行了数值模拟，对热分层产生的原因及影响因素做了进一步的分析讨论。本文所围绕的高真空多层绝热容器真空丧失这一极端工况的试验研究，无论是试验本身还是相关的理论分析以及数值模拟，对于处理真空丧失事故都有一定的借鉴意义和参考价值。关键词：高真空多层绝热；真空丧失；容器升压；夹

5、层传热；低温液体热分层I上海交通大学硕士学位论文高真空多层绝热低温容器真空丧失试验研究LossofvacuumexperimentonamultilayerinsulatedvesselAbstractWiththedevelopmentofcryogenicinsulationtechnology,Multi-Layerinsulationhasbeenwidelyappliedinmanyindustrialfields.However,formanycryogenicsystems,thewors

6、tconceivablefailureisasudden,catastrophiclossofinsulatingvacuum.Iftheguardvacuum,whichprovidesmostoftheinsulationfortheliquidislost,thepressureofthevesselwillriserapidly.Thisinturngenerateshighpressurewhichmustberelievedthroughsomeappropriatedevice.Forso

7、meflammableandtoxicgas,dischargingthehighpressuregasthroughthesafetyvalvesdirectlyintoenvironmentmaycauseserioushazardtopeopleandsurroundingequipments.Recently,researchoflossofvacuuminsulationwhichwasseldominvolvedinindustrialinsulatedvesselsismainlyfocu

8、sedonspacetechnologies.Therefore,it’snecessarytoinvestigatetheperformanceofindustrialcryogenicvesselsafterlosingvacuuminsulation.Inthispaper,severalexperimentswerecarriedouttoinvestigatethethermalperformanceofthe175Ltherma