低溫杜瓦日蒸發(fā)率隨壓力變化規(guī)律

低溫杜瓦日蒸發(fā)率隨壓力變化規(guī)律研究摘要：以充滿率為90％的175L低溫杜瓦為例，研究了日蒸發(fā)率隨壓力的變化規(guī)律。實(shí)驗(yàn)記錄了5種不同飽和壓力下的氣體流量、環(huán)境溫度、環(huán)境壓力等。結(jié)果表明，杜瓦的日蒸發(fā)率隨著壓力的升高而增大，同時(shí)日蒸發(fā)率的波動(dòng)也越大，且環(huán)境溫度對(duì)日蒸發(fā)率的影響出現(xiàn)延遲。關(guān)鍵字：低溫杜瓦儲(chǔ)存壓力日蒸發(fā)率環(huán)境溫度0前言杜瓦的日蒸發(fā)率是評(píng)價(jià)杜瓦絕熱性能最重要的技術(shù)參數(shù)，能夠較為直觀地反映杜瓦的保冷性能。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[1]對(duì)盛裝液氮的高真空多層絕熱杜瓦靜態(tài)日蒸發(fā)率的上限值（工作壓力1.0－1.6Mpa）要求見(jiàn)表1：表1高真空多層絕熱杜瓦靜態(tài)日蒸發(fā)率上限值悲公稱容積前（墳L誘）午10怎25澆50研100蘭150匠175脆200漆300醋450及靜態(tài)日蒸仙發(fā)率肌（芬≤倆％拘/墻d詢）松5.5古4.2檢3.0裂2.8哭2.5貌2.1夢(mèng)2.0輔1.9艱1.9對(duì)于低溫杜瓦日蒸發(fā)率的研究，前人做了部分相關(guān)工作。文獻(xiàn)[2]測(cè)量了自然排放和憋壓排放兩種狀態(tài)下的蒸發(fā)率。憋壓狀態(tài)下壓力升高蒸發(fā)速度會(huì)降低。但未得出自然排放下的數(shù)據(jù)和結(jié)論。文獻(xiàn)[3]指出在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，杜瓦日蒸發(fā)率是會(huì)變化的。文獻(xiàn)[4]根據(jù)漏熱方程計(jì)算了不同充滿率下的儲(chǔ)存壓力和漏熱量之間的關(guān)系，指出容器的熱容量和熱耗隨著設(shè)計(jì)壓力的升高而增大，甚至?xí)^(guò)運(yùn)輸設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)要求。文獻(xiàn)[5]分析了車載LNG燃料儲(chǔ)罐加注過(guò)程中熱量的漏入過(guò)程，提出可將蒸汽重新液化以降低儲(chǔ)罐壓力，防止天然氣的蒸發(fā)以降低運(yùn)輸成本。自然排放狀態(tài)時(shí)杜瓦儲(chǔ)存壓力下的日蒸發(fā)率值、其具體影響及變化規(guī)律還鮮有介紹。研究杜瓦內(nèi)溫度和壓力的變化，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定工作壓力下杜瓦的日蒸發(fā)率對(duì)于杜瓦的設(shè)計(jì)和運(yùn)行都有重要意義。本文探討了杜瓦壓力對(duì)日蒸發(fā)率的影響，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究定量揭示出日蒸發(fā)率隨壓力的變化規(guī)律。1壓力對(duì)日蒸發(fā)率的影響通常所說(shuō)的低溫容器的蒸發(fā)率，是指在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（，0℃），容器內(nèi)盛有的適量低溫液體在達(dá)到熱平衡以后的蒸發(fā)速率。一般以計(jì)算，故又稱日蒸發(fā)率，亦即內(nèi)蒸發(fā)的液體數(shù)量與容器的公稱容積的比值。（1）式中，為日蒸發(fā)率，單位％；為內(nèi)蒸發(fā)的液體量；為杜瓦的有效容積。引起杜瓦內(nèi)液體蒸發(fā)的原因是由于從外界吸收了熱量。根據(jù)熱量平衡關(guān)系可得：＝（2）方程左側(cè)為通過(guò)杜瓦的絕熱材料和機(jī)械構(gòu)件導(dǎo)入液體的總熱流，右側(cè)為總熱流所引起的杜瓦內(nèi)液體的蒸發(fā)。式中，為有效導(dǎo)熱系數(shù)，為表面積，為環(huán)境溫度與杜瓦內(nèi)飽和溫度的差值，為絕熱層厚度。為液體的蒸發(fā)量；為低溫液體的汽化潛熱。壓力對(duì)日蒸發(fā)率的影響主要體現(xiàn)在溫差和汽化潛熱上。在穩(wěn)定狀態(tài)下，杜瓦內(nèi)飽和壓力與飽和溫度相對(duì)應(yīng)。飽和壓力高，飽和溫度也越高，與環(huán)境的溫差縮小，傳熱量減小。但同時(shí)飽和壓力下的汽化潛熱也降低，而日蒸發(fā)率為傳熱量與汽化潛熱的比值。因此需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)日蒸發(fā)率做出定性和定量分析，為實(shí)際的工程應(yīng)用提供依據(jù)。2實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)流程2.1實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)介本實(shí)驗(yàn)用質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量了杜瓦在五種不同壓力下的質(zhì)量流量，進(jìn)而計(jì)算日蒸發(fā)率值。實(shí)驗(yàn)所用杜瓦為國(guó)內(nèi)某廠家生產(chǎn)的175L低溫高真空多層絕熱杜瓦，如圖1所示。1－放空閥2－增壓閥，用氣閥（重疊）3－液體進(jìn)出口閥4－頸管5－吸附劑6－內(nèi)容器7－外殼8－底部支座9－底部支承圖1杜瓦實(shí)物及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖澡杜瓦支承諸結(jié)構(gòu)和內(nèi)美膽、外殼找均采用奧惠氏體不銹粘鋼，采用必高真空多里層絕熱方綁式，絕熱歇材料使用匹鋁箔和玻笨璃纖維。吳杜瓦上部攏設(shè)有液體疏進(jìn)出口閥翠、用氣閥躲、增壓閥父和放空閥燥，內(nèi)部設(shè)藥有自增壓登器和汽化區(qū)器。幾何誼容允積秤175賺L訂，有效容坦積棗157稠L參；內(nèi)膽內(nèi)妖徑桌450m筐m慚；外殼內(nèi)卻徑代500m代m俯。實(shí)驗(yàn)裝豬置簡(jiǎn)圖如斃圖貍2擔(dān)所示膜。姓爬1吊－低溫絕媽熱杜撿瓦率畢2森－調(diào)壓閥完（常壓下何不使用牧）弊謹(jǐn)3棟－氣體質(zhì)位量流量計(jì)羅圖痛2叔正杜瓦日蒸欺發(fā)率測(cè)量李裝置答大氣壓力咸表和溫度殺計(jì)未顯示呆于財(cái)圖港2帝中；調(diào)壓塔閥和流量師計(jì)間的軟鳳管長(zhǎng)度徹為鬼5量米，起到暫汽化和降廉壓的作用朗。另外，屋需要說(shuō)明弟的是，實(shí)質(zhì)驗(yàn)中用于丸計(jì)量流量撫的儀表是虧由美糊國(guó)咸Alic谷atS笑cien窄tifi暑c構(gòu)公司生產(chǎn)蓄的型號(hào)桐為蓮M-5S允LPM-夢(mèng)D蜘的質(zhì)量流理量計(jì)，精透度兇為萬(wàn)±0.0濟(jì)5SLP盲M夾（標(biāo)準(zhǔn)青升壇/犯分鐘），攔且可以自姻動(dòng)記錄數(shù)飲據(jù)，因此鑼完全能滿載足測(cè)量要細(xì)求。匪2.2畢錯(cuò)測(cè)量程序百（棚1槽）測(cè)試介便質(zhì)選用液您氮，充滿休率脹為鼻90玩%縣。打開(kāi)杜準(zhǔn)瓦放空閥尺，關(guān)閉杜演瓦上其他秩閥門，靜四置杜48鹽h噴；污（食2災(zāi)）杜瓦內(nèi)元壓力穩(wěn)定巖為常壓時(shí)羨，將軟管猶連接至放捎空閥，并悠連接質(zhì)量灑流量計(jì)。環(huán)注意連接綁的密封性漠；鍋（駛3雕）觀察液缸氮?dú)怏w流鵝量穩(wěn)定后鑒，開(kāi)始記取錄數(shù)據(jù)；陪（匠4愧）質(zhì)量流痛量計(jì)連續(xù)銳記脆錄拾48搞h沖；筒（家5摸）常壓測(cè)身量結(jié)束之財(cái)后，關(guān)閉惡放空閥，燃將軟管與掩放空閥斷通開(kāi)，并將赤調(diào)壓閥連滲接至放空洞閥；邊（仍6踏）放空閥膨關(guān)閉狀態(tài)瘡時(shí)，打開(kāi)亮杜瓦增壓桿閥。當(dāng)杜轉(zhuǎn)瓦表壓顯彎示監(jiān)為亞0.3M竟p碼a日附近時(shí)，熱關(guān)閉增壓棵閥；耳（報(bào)7賀）調(diào)節(jié)調(diào)憂壓閥，將斬調(diào)壓閥開(kāi)律啟壓力調(diào)道節(jié)卡至飯0.23羨Mp遷a死，并靜毫置腥24盤h掏；俱（堅(jiān)8盛）穩(wěn)定后丙將軟管連弟接至調(diào)壓泳閥，并連應(yīng)接質(zhì)量流備量計(jì)，開(kāi)鐮始記錄數(shù)搜據(jù)。適（安9澇）記育錄晨48綢h耗之后，關(guān)藏閉放空閥婆，重新增狐壓，再重萬(wàn)復(fù)輩（卻6員）到躬（群8希）步驟記隱錄杜瓦壓婆力脆為預(yù)0.54僚MP箱a宣、撈1.08鴉MP漫a悉、救1.47副Mp蘇a張下的質(zhì)量幸流量。反3前善實(shí)驗(yàn)結(jié)果跡及分析瀉3.1蔥存測(cè)試數(shù)據(jù)欣處理后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)飛，如采用澇質(zhì)量流量澆計(jì)以及液綠氮作為測(cè)現(xiàn)量介質(zhì)，謝則日蒸發(fā)自率的計(jì)算授公式為繁[6]釋：（3）慎式中，花為氣體質(zhì)拖量流量；帽為流量計(jì)炊的校正系割數(shù)；裙為搜1.01躲3kP梨a投下飽和液遺氮的密度伏；奏為杜瓦的搜有效容積微；殺為綢1.01爭(zhēng)3kP傷a崇下液氮的橫飽和溫度慨；訴為環(huán)境溫洽度；變?yōu)槎磐邇?nèi)翼液氮飽和業(yè)溫度。紡根據(jù)僻（乓2沿）式，＝飽，可以發(fā)量現(xiàn)，對(duì)于懲相同的杜孔瓦，漏熱楊量與傳熱倒溫差成正錄比。在測(cè)姑得常壓下紀(jì)的日蒸發(fā)蘇率后，根證據(jù)漏熱量掃與溫差的信正比關(guān)系加，可算得罰其他高壓命下日蒸發(fā)文率的理論桿值蛛[7]諒。（4）鏡其中，下湊標(biāo)臂0則代表常壓李，享1權(quán)代表其他熔高壓。鳴3.2幣分實(shí)驗(yàn)結(jié)果租及分析套實(shí)驗(yàn)中的告五種壓力絡(luò)分別是：百常壓軟、嗓0.23們MP崗a孕、酷0.54滋MP獄a復(fù)、濕1.08姜Mp懶a廁和峰1.47把Mp到a咸，為使實(shí)胖驗(yàn)結(jié)果更贏加準(zhǔn)確，敘每個(gè)壓力少都連續(xù)記辣錄悄48炎h惠。測(cè)得的崖蒸發(fā)率值縮如下圖：忽圖少3轉(zhuǎn)憂常壓下的估蒸發(fā)率隨彼時(shí)間的變所化姓?qǐng)D擁4柳鞏高壓下蒸啞發(fā)率隨時(shí)廊間的變化疑圖協(xié)3性為常壓下植的蒸發(fā)率纏隨時(shí)間變坐化曲線，聰液氮的平靜均日蒸發(fā)線率曲為塵1.9洪0理％。根據(jù)規(guī)表蜓1浙，桿175仇L軋儲(chǔ)罐的蒸索發(fā)率上限獄值速為餃2.1殼%躲。因此該瞎杜瓦的絕帥熱指標(biāo)已俘達(dá)國(guó)家標(biāo)寇準(zhǔn)。身圖痕4緞為高壓下闊的蒸發(fā)率策隨時(shí)間變賠化曲線，筐圖中出現(xiàn)鈔間斷部分幅，是因?yàn)檩旊S著液體從的蒸發(fā)及橋氣體的排控放，杜瓦頓內(nèi)壓力會(huì)欣有所降低肥，以至達(dá)王不到調(diào)壓鳥(niǎo)閥的開(kāi)啟存壓力，氣增體質(zhì)量流爆量降低至青零。之后顏杜瓦內(nèi)液額體吸收環(huán)甲境的熱量榴蒸發(fā)，使康得壓力又凳有所回升滔，到達(dá)調(diào)桃壓閥開(kāi)啟敬壓力后，紐氣體又重洗新開(kāi)始排斃放。實(shí)驗(yàn)支測(cè)得的四差種高壓下剃的平均日孩蒸發(fā)率見(jiàn)葡下表，結(jié)帶合公式慚（料4神）計(jì)算理川論值，并介得出相對(duì)誰(shuí)誤差：壓表光2計(jì)揮平均日蒸縣發(fā)率實(shí)驗(yàn)烏平均值、村理論值以寺及相對(duì)誤別差蘭塞壓力顫（夜Mp糖a代）耐日蒸發(fā)率謎實(shí)驗(yàn)值（勝％動(dòng)/導(dǎo)d泡）底日蒸發(fā)率僚理論值（違％踏/劑d雅）趨相對(duì)誤差吐（％）簽0.23貼2.26組1.96賽15.1幟7甲0.54扶2.28豈2.07道9.88工1.08紹2.33絕2.28憤2.28緒1.47弱2.52介2.47烘2.31甲根據(jù)診表橡2廊可以看出屆，在靜態(tài)忘穩(wěn)定的自籃然排放條放件下，日洋蒸發(fā)率隨伯著杜瓦內(nèi)腎壓力的增淚大而升高次。這與文智獻(xiàn)題[5杯]注中憋壓條燙件下的情受況完全相智反。簡(jiǎn)單寫看來(lái)，由兇于壓力的剩升高，對(duì)眉應(yīng)的飽和裙溫度升高渣，杜瓦內(nèi)速液體與環(huán)晚境的溫差診減小，傳存熱量降低鐘。夕但同時(shí)汽游化潛熱隨捎著飽和溫童度的升高劈而降低。躁這導(dǎo)致出多現(xiàn)與憋壓山條件完全槐相反的結(jié)向論。數(shù)圖熟4急中，高壓眠下的蒸發(fā)訊率的波動(dòng)泳隨著壓力妙的升高而獵增大煌。監(jiān)0.23花Mp悔a姓下的日蒸狗發(fā)率較平習(xí)穩(wěn)，己而宴1.47堪Mp非a螞時(shí)日蒸發(fā)昆率明顯出木現(xiàn)上下峰匆值。這是圍由于隨著煎壓力的升育高，杜瓦扮內(nèi)氣體和閱液體的流怕動(dòng)狀態(tài)更題加劇烈和潮復(fù)雜，平括衡和穩(wěn)定動(dòng)所需要的壺時(shí)間也越撫長(zhǎng)。宋此外，由鋒表喪2推中結(jié)果可認(rèn)以看出，委計(jì)算的理赤論蒸發(fā)率要值比實(shí)際嶼測(cè)量值要傍小勸,辛這主要是快由于各項(xiàng)潮傳熱的復(fù)右雜性以及帽傳熱計(jì)算倍中忽略了偵杜瓦其他持構(gòu)件的輻弓射及管道枯和閥門結(jié)山霜等的影稼響血[8]覺(jué)。但由此舍產(chǎn)生的誤挎差值都在扯允許的誤身差范圍內(nèi)杜。與由曲線的兵變化趨勢(shì)象我們還能肥得出一個(gè)麥重要結(jié)論鎖：外界環(huán)勺境的變化旁對(duì)日蒸發(fā)熄率的影響根隨著時(shí)間倆有所延遲園。環(huán)境溫雞度在凌晨閑三點(diǎn)左右優(yōu)達(dá)到最低笛，理論上朱講此時(shí)蒸猾發(fā)率應(yīng)最攤小，而抱圖世4躁中的蒸發(fā)賭率在早晨號(hào)七點(diǎn)達(dá)到業(yè)最低值；塞同樣地，材下午兩點(diǎn)紗時(shí)環(huán)境溫邁度最高，松而侵圖訊4差中在晚上優(yōu)十點(diǎn)時(shí)蒸技發(fā)率達(dá)到歡最高值。建這是由于線實(shí)驗(yàn)所用鼓杜瓦的絕星熱性能非這常良好，拉環(huán)境溫度灰的變化需貢要一段時(shí)擴(kuò)間之后才權(quán)能對(duì)杜瓦協(xié)的蒸發(fā)率湊產(chǎn)生明顯訴的影響。5結(jié)論穗本文冶對(duì)悲175蒜L覆低溫絕熱祖杜瓦在五尚種不同壓著力下的日梯蒸發(fā)率值孤進(jìn)行了理即論計(jì)算和便實(shí)驗(yàn)研究閘，得出以暮下結(jié)論：租杜瓦在常療壓下的日瑞蒸發(fā)率值貌完全達(dá)到斤標(biāo)準(zhǔn)，絕瞇熱性能良凍好；杜瓦尤內(nèi)壓力越倚高，日蒸踢發(fā)率相對(duì)利就越大，邪同時(shí)蒸發(fā)澤率的波動(dòng)仇也越大；鳳日蒸發(fā)率芽的計(jì)算值俗比實(shí)際測(cè)穗量值??；豈環(huán)境溫度省對(duì)日蒸發(fā)憤率的影響哲隨著時(shí)間濁有所延遲壞。參考文獻(xiàn)股[1]喊GB18名84胡2諷－申200森1肌，低溫絕泰熱壓力容排器爛[2]龍職聶中山，浴李青，車本載液氫杜嗽瓦蒸發(fā)率箭理論與實(shí)帳驗(yàn)研究，詠低溫工程卡，扯No.4專200民45亦5興－火58休[3]叨揭汪榮順，蟲(chóng)高魯嘉，睡低溫容器邁無(wú)損貯存顧規(guī)律，低仆溫工程杯，自No.4凈199吊913碑2掘－巖135黑[4]行Zhao礎(chǔ)ciL疑i,Li棗eXu辭,He哀ngS達(dá)un,摸Inve微stig糟atio煙non驅(qū)per塔form尊ance陡of蛇non-哈loss墻sto秤rage打for抽cryo恰geni便cli蔑quef苗ied苦gas,恥Cry庭ogen辰ics圍44(2議004)哭357粗-362睛[5]長(zhǎng)Q.-S凱.Che當(dāng)n,J.辭Wegr彎zyn,使V.P福rasa擦d,A糟naly擠sis勸oft命empe念ratu國(guó)rea式ndp醋ress織ure忽chan利ges搶inl玻ique周f