Механизм передачи тепла двойностенных вакуумных изолированных резервуаров для хранения порошка
Двухстенные вакуумные изолированные резервуары для хранения порошка широко используются для хранения криогенных жидкостей, таких как СПГ, СНГ и жидкий азот. Конструкция использует вакуумный слой в сочетании с мелкой порошковой изоляцией для минимизации проникновения тепла, снижения кипения и поддержания низкотемпературного хранения. Понимание механизма передачи тепла имеет решающее значение для оптимизации производительности изоляции и обеспечения энергоэффективности.
1. Обзор структурыБак обычно состоит из внутреннего сосуда, содержащего криогенную жидкость, и внешнего сосуда, обеспечивающего структурную поддержку. Между двумя стенами создается вакуумный слой и заполняется тонкими изолирующими порошками, такими как перлит или порошок кремниевого диоксида, которые значительно уменьшают теплопередачу.
2. Режимы передачи тепла
Проведение: теплопроводство происходит через твердые контактные точки внутри порошковой изоляции и конструктивных опор (таких как дистанционеры и опорные прутники). Низкая теплопроводность порошка минимизирует этот режим, а использование небольших частиц увеличивает количество точек контакта, что еще больше снижает проводность.
Конвекция: В вакуумном слое естественная конвекция подавляется из-за низкой плотности молекул остаточного газа. Порошок также ограничивает движение молекул газа, эффективно минимизируя конвективную теплопередачу.
Радиация: Тепловое излучение из внешнего сосуда во внутренний сосуд способствует проникновению тепла. Отображающие фольги или покрытия на внутренней и внешней поверхностях вакуумного слоя уменьшают радиационную теплопередачу. Многослойная изоляция (MLI) или алюминированные покрытия могут еще больше повысить производительность, отражая инфракрасное излучение.
Теплопередача остаточного газа: Даже в условиях высокого вакуума молекулы остаточного газа могут передавать тепло через редкие газопроводки. Поддержание высококачественного вакуума и использование getter материалов или криопомп снижает этот эффект.
3. Факторы тепловой оптимизации
Вакуумное качество: высокие уровни вакуума (<10) ⁻ ³ Па) значительно уменьшает проводимость и конвекцию, повышая эффективность изоляции.
Свойства порошка: размер частиц, плотность и теплопроводность влияют на общую скорость передачи тепла. Тонкие порошки с низкой плотностью минимизируют твердое проводство.
Конструкция опоры: минимизация площади поперечного сечения конструктивных опор уменьшает теплопроводные мосты между внутренними и внешними стенами.
Отображающие слои: Включение отражающей фольги в порошковый слой уменьшает радиационную теплопередачу, улучшая тепловую производительность.
4. Практические последствияЭффективное управление теплопередачей продлевает срок хранения, минимизирует кипение жидкости и снижает эксплуатационные затраты. Правильная конструкция и обслуживание, включая вакуумный мониторинг и проверку целостности изоляции, имеют важное значение для поддержания долгосрочной производительности.
Передача тепла в двойных стенных вакуумных изолированных резервуарах для хранения порошка регулируется проводимостью через опоры и порошок, излучением между стенами и воздействием остаточного газа. Оптимизация качества вакуума, свойств порошка, конструкции структурной опоры и отражающих покрытий может эффективно минимизировать проникновение тепла, обеспечивая эффективное и безопасное криогенное хранение.
Ссылки
Кодекс ASME по котлам и сосудам под давлением, раздел VIII - Правила строительства сосудов под давлением.
EN 14620 - Проектирование и изготовление криогенных сосудов.
Barron, R.F. (1999). Криогенные системы, 2-е издание. CRC Press.
Van Sciver, S.W. (2012). Helium Cryogenics, 2-е издание. Спрингер.
Брэтт, Р. & Mort, P. (2015). Криогенная инженерия: 50 лет прогресса. Спрингер.
