低温杜瓦日蒸发率随压力变化规律研究

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1、低温杜瓦日蒸发率随压力变化规律研究李娟汪荣顺于耀华摘要：以充满率为90％的175L低温杜瓦为例，研究了日蒸发率随压力的变化规律。实验记录了5种不同饱和压力下的气体流量、环境温度、环境压力等。结果表明，杜瓦的日蒸发率随着压力的升高而增大，同时日蒸发率的波动也越大，且环境温度对日蒸发率的影响出现延迟。关键词：低温杜瓦储存压力日蒸发率环境温度0前言杜瓦的日蒸发率是评价杜瓦绝热性能最重要的技术参数，能够较为直观地反映杜瓦的保冷性能。国家标准[1]对盛装液氮的高真空多层绝热杜瓦静态日蒸发率的上限值（工作压力1.0－1.6Mpa）要求见表1：表1高真空多层绝热杜瓦静态日蒸发率上限值公称

2、容积（L）102550100150175200300450静态日蒸发率（≤％/d）5.54.23.02.82.52.12.01.91.9对于低温杜瓦日蒸发率的研究，前人做了部分相关工作。文献[2]测量了自然排放和憋压排放两种状态下的蒸发率。憋压状态下压力升高蒸发速度会降低。但未得出自然排放下的数据和结论。文献[3]指出在实际应用过程中，杜瓦日蒸发率是会变化的。文献[4]根据漏热方程计算了不同充满率下的储存压力和漏热量之间的关系，指出容器的热容量和热耗随着设计压力的升高而增大，甚至会超过运输设备的标准要求。文献[5]分析了车载LNG燃料储罐加注过程中热量的漏入过程，提出可将蒸

3、汽重新液化以降低储罐压力，防止天然气的蒸发以降低运输成本。自然排放状态时杜瓦储存压力下的日蒸发率值、其具体影响及变化规律还鲜有介绍。研究杜瓦内温度和压力的变化，并通过实验确定工作压力下杜瓦的日蒸发率对于杜瓦的设计和运行都有重要意义。本文探讨了杜瓦压力对日蒸发率的影响，并通过实验研究定量揭示出日蒸发率随压力的变化规律。1压力对日蒸发率的影响通常所说的低温容器的蒸发率，是指在标准状态下（，0℃），容器内盛有的适量低温液体在达到热平衡以后的蒸发速率。一般以计算，故又称日蒸发率，亦即内蒸发的液体数量与容器的公称容积的比值。（1）式中，为日蒸发率，单位％；为内蒸发的液体量；为杜瓦的有

4、效容积。引起杜瓦内液体蒸发的原因是由于从外界吸收了热量。根据热量平衡关系可得：＝（2）方程左侧为通过杜瓦的绝热材料和机械构件导入液体的总热流，右侧为总热流所引起的杜瓦内液体的蒸发。式中，为有效导热系数，为表面积，为环境温度与杜瓦内饱和温度的差值，为绝热层厚度。为液体的蒸发量；为低温液体的汽化潜热。压力对日蒸发率的影响主要体现在温差和汽化潜热上。在稳定状态下，杜瓦内饱和压力与饱和温度相对应。饱和压力高，饱和温度也越高，与环境的温差缩小，传热量减小。但同时饱和压力下的汽化潜热也降低，而日蒸发率为传热量与汽化潜热的比值。因此需要通过实验对日蒸发率做出定性和定量分析，为实际的工程应

5、用提供依据。2实验装置及实验流程2.1实验装置简介本实验用质量流量计测量了杜瓦在五种不同压力下的质量流量，进而计算日蒸发率值。实验所用杜瓦为国内某厂家生产的175L低温高真空多层绝热杜瓦，如图1所示。1－放空阀2－增压阀，用气阀（重叠）3－液体进出口阀4－颈管5－吸附剂6－内容器7－外壳8－底部支座9－底部支承图1杜瓦实物及内部结构图杜瓦支承结构和内胆、外壳均采用奥氏体不锈钢，采用高真空多层绝热方式，绝热材料使用铝箔和玻璃纤维。杜瓦上部设有液体进出口阀、用气阀、增压阀和放空阀，内部设有自增压器和汽化器。几何容积175L，有效容积157L；内胆内径450mm；外壳内径500m

6、m。实验装置简图如图2所示。1－低温绝热杜瓦2－调压阀（常压下不使用）3－气体质量流量计图2杜瓦日蒸发率测量装置大气压力表和温度计未显示于图2中；调压阀和流量计间的软管长度为5米，起到汽化和降压的作用。另外，需要说明的是，实验中用于计量流量的仪表是由美国AlicatScientific公司生产的型号为M-5SLPM-D的质量流量计，精度为±0.05SLPM（标准升/分钟），且可以自动记录数据，因此完全能满足测量要求。2.2测量程序（1）测试介质选用液氮，充满率为90%。打开杜瓦放空阀，关闭杜瓦上其他阀门，静置48h；（2）杜瓦内压力稳定为常压时，将软管连接至放空阀，并连接质

7、量流量计。注意连接的密封性；（3）观察液氮气体流量稳定后，开始记录数据；（4）质量流量计连续记录48h；（5）常压测量结束之后，关闭放空阀，将软管与放空阀断开，并将调压阀连接至放空阀；（6）放空阀关闭状态时，打开杜瓦增压阀。当杜瓦表压显示为0.3Mpa附近时，关闭增压阀；（7）调节调压阀，将调压阀开启压力调节至0.23Mpa，并静置24h；（8）稳定后将软管连接至调压阀，并连接质量流量计，开始记录数据。（9）记录48h之后，关闭放空阀，重新增压，再重复（6）到（8）步骤记录杜瓦压力为0.54MPa、1.08MPa、