低溫絕熱

實際低溫液體貯槽的絕熱結(jié)構(gòu)往往不是采取某種單一的絕熱形式，而是根據(jù)要求貯存的液化氣體的物理特性及使用要求，進行多種絕熱形式的組合，低溫容器絕熱性能的優(yōu)劣，除受制造工藝限制外，很大程度上取決于絕熱結(jié)構(gòu)的設(shè)計合理與否，對于貯存極低溫度的容器，即使是應用超級多層絕熱也不能滿足要求，例如計算表明，把一個液氮日蒸發(fā)率為1%的50L多層絕熱容器來貯存液氦，預計液氦的日蒸發(fā)率達50%左右。

在低溫容器方面，國內(nèi)外采用的絕熱結(jié)構(gòu)主要有多層-冷卻屏絕熱形式和多屏絕熱形式。

在高真空絕熱空間中裝置金屬輻射屏將會使導入絕熱空間冷壁的熱流大幅度降低，在低溫容器或低溫恒溫器中，這些金屬輻射屏都是焊裝于容器的頸管上的，因此從容器中排出的蒸汽的冷卻效應可降低包圍著液化氣體容器分輻射屏的溫度，這種輻射屏叫做蒸汽冷卻屏，如圖3.3.2a。

在多層絕熱中裝置3~5個銅(鋁)質(zhì)傳導屏的結(jié)構(gòu)被稱為多層-冷卻屏絕熱容器，圖3.3.2b是四屏絕熱容器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3.3.2b示出的四屏絕熱容器中，其內(nèi)容器和第一個屏之間為高真空絕熱，采用無間隔物的鍍鋁滌綸薄膜做多層絕熱的500L的三屏液氦貯槽，計算得到容器的液氦日蒸發(fā)率僅為0.7%。

多屏絕熱是一種將多層絕熱輻射屏與蒸汽冷卻傳導屏合二為一的超絕熱結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)中采用層數(shù)少，層密度較小的多層絕熱屏來遏制熱壁的室溫輻射，同時這些多層輻射屏有逐一與容器的頸管進行熱聯(lián)結(jié)，借助于輻射屏平行方向的導熱，將屏中熱流導向頸管，被從頸管中逸出的冷蒸汽帶走，例如，1976年我國浙江大學研制的50L多屏絕熱容器的日蒸發(fā)率僅為1.8%，100L液氦容器的日蒸發(fā)率<1%。

多屏絕熱結(jié)構(gòu)具有效率高，制作容易、重量輕及預冷快等優(yōu)點，在液氦容器中得到了廣泛的應用。

綜合比較國內(nèi)外各種低溫絕熱的類型與結(jié)構(gòu)，借鑒存在的各種低溫容器的絕熱形式，低溫測試系統(tǒng)我們采用多屏絕熱結(jié)構(gòu)，選用具有高反射性能、防輻射作用好的0.006mm厚的鋁箔作傳導屏，為了防止兩層鋁箔間的直接熱接觸，用絕熱性能好尼龍網(wǎng)作隔物，一共安裝14快蒸汽冷卻屏。

為了提高傳導屏的熱效率，往往通過翅片把傳導屏和頸管聯(lián)結(jié)起來，翅片的設(shè)計原則是盡可能減少傳導屏與頸管的熱阻，翅片與傳導屏的相連部分的接觸面應盡可能大，為了便于抽空，翅片上應開一些孔，翅片與頸管的連接一般有兩種方法，一種方法是釬焊，另外一種方法是熱套，我們選用第一種方法，采用釬焊，用銀來焊接。翅片與傳導屏的連接我們采用接觸連接，用帶子、抱箍等將傳導屏與翅片貼緊

這是一種沿用古老的高溫保溫方法的絕熱形式，選用導熱系數(shù)小的絕熱材料裝提案在需要絕熱的部位，有時在絕熱材料的空隙中充氮氣或干空氣，堆積絕熱有泡沫型、粉末型及纖維型，這些材料的導熱系數(shù)隨溫度的降低和容量的減少近似呈線性關(guān)系較少，其絕熱效果取決于絕熱層的厚度。

高真空絕熱是將要求絕熱空間抽成10~10Pa，從而排除氣體的對流傳熱和絕大部分的氣體熱導率。實際上，高真空絕熱是由一個熱壁與冷壁構(gòu)成的純粹的真空空間。在這類絕熱中，影響絕熱性能的主要因素有兩點:一是夾層的真空度，二是輻射傳熱的大小，常用發(fā)射率低的材料，并使輻射表面高度光亮、清潔，用液氮或冷蒸汽冷卻熱屏等。

這種絕熱結(jié)構(gòu)式在絕熱空間沖天孔性絕熱材料(粉末或纖維)，在將絕熱空間抽到一定的真空度。影響絕熱效果的因素有真空度、粉末的粒度、容重、添加劑的種類和數(shù)量、界面溫度等。以真空粉末及纖維絕熱的絕熱性能比高真空絕熱好得多。真空粉末的表觀熱導率大約是普通堆積絕熱的熱導率的幾十分之一，由于絕熱效率較高，在低溫技術(shù)中得到了廣泛應用。

高真空多層絕熱是在真空夾層中裝有很多防輻射屏(反射率很高的金屬膜)，以此來降低輻射傳熱的一種絕熱形式，絕熱空間抽空到低于10Pa的負壓，是效率最高的一種絕熱形式，有"超級絕熱"之稱。影響多層絕熱性能的主要因素有:采用的材料、多層中的真空度、多層的層密度和松緊度、多層的總層數(shù)或總厚度及多層絕熱物承受的機械負荷、邊界溫度等等。

本書較全面而系統(tǒng)地闡述了低溫絕熱的傳熱機理、低溫絕熱的各種結(jié)構(gòu)與材料、各類絕熱的設(shè)計計算，以及各種類型絕熱體的制作及其實驗研究方法;同時也系統(tǒng)地介紹了低溫貯運設(shè)備的典型結(jié)構(gòu)、各種低溫容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計與絕熱設(shè)計，包括強度、剛度的計算，封頭設(shè)計、開孔補強，焊接結(jié)構(gòu)和密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計，以及使用過程中的相關(guān)技術(shù)等。本書內(nèi)容豐富、實用性強、說明準確、簡明扼要。

本書可供航天、航空、動力、石油與天然氣、化工、輕工、交通、建筑等部門從事低溫絕熱和貯運設(shè)備設(shè)計、研究與施工等方面的科技人員使用，亦可作為大專院校相關(guān)專業(yè)師生的參考書。

徐烈，

1965年畢業(yè)于浙江大

學，留校任教。1979年調(diào)入上

海交通大學，其中89年-90年

在德國柏林自由大學進修，現(xiàn)

任上海交大制冷與低溫工程系

教授、博士生導師。卅余年來，

一直從事低溫科學與技術(shù)的教

學與科研，曾開設(shè)"代低溫工程

學"、"低溫真空技術(shù)"、"低溫

測試技術(shù)"等七門本科、碩、博

士課程，共培養(yǎng)碩士、博士生

20名，出版《低溫容器――設(shè)

計、制造與使用》(機工版)、《絕

熱技術(shù)》(國防版)、《低溫技術(shù)》

(上海交大版)等著作七本，譯

作三本。共發(fā)表論文90余篇。

對低溫絕熱與低溫容器、低溫

下材料熱物性、低溫真空技術(shù)

等有專長 曾先后承擔國家

省部委及有關(guān)應用單位的研究

課題50余項，絕大部分為項目

負責人，曾獲全國科學大會

獎、中科院重大成果乙等獎、

有色總公司成果獎等5次?，F(xiàn)

兼任中國制冷學會等學會專業(yè)

委員、"低溫工程"、"低溫與超

導""真空與低溫""低溫與

工特氣"和"制冷技術(shù)"編委，美

國科學進展學會和紐約科學學

會國際會員。