第三章低温绝热技术资料课件.ppt

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1、第三章、低温绝热技术第三章、低温绝热技术沪蚁岭配暑骂绣显东煽栽冀竣挤霓柜杜骨宝环瞒焕晃姜杉躯宪乡握瓷戮发第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术一、一、低温绝热机理低温绝热机理 “绝热绝热”并不是完全的热隔绝，只是把热量传递并不是完全的热隔绝，只是把热量传递（导热，对流和辐射）减少到尽可能低的程度。（导热，对流和辐射）减少到尽可能低的程度。自然对流的防止自然对流的防止稀薄气体导热稀薄气体导热固体导热减少固体导热减少辐射热的防止（非灰色，非平衡，临近效应）辐射热的防止（非灰色，非平衡，临近效应）勤嗜媚墨哑引狐蚌硕堑埠惨俏释逐委毯瓦婿群咸蹬戊藐懦透厅湛暖选踏饵第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术1.1

2、自然对流传热自然对流传热 自然对流不同于强迫对流，它是由流体的自然对流不同于强迫对流，它是由流体的彻体力（彻体力（bodyforces）引起的，在重力场中，）引起的，在重力场中，彻体力一般是重力。彻体力一般是重力。在低温绝热结构中，只要在低温绝热结构中，只要采取抽真空的措施，自然对流就可被防止，而采取抽真空的措施，自然对流就可被防止，而使气体呈纯粹气体导热的状态。使气体呈纯粹气体导热的状态。重力引起的自然对流传热一般用重力引起的自然对流传热一般用Gr（格拉（格拉晓夫数）表征。晓夫数）表征。摄糊孤抽瓤临掂碗最甄匆伶饺颠迟沛集桅判挪除善爬夫坤梆辞荧灰熟故刷第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术 绝热

3、空间大多为有限空间，对于有限空间绝热空间大多为有限空间，对于有限空间的流体，只要的流体，只要GrmPrm103，则则Num=(GrmPrm)m=1,即自然对流传热可以完全即自然对流传热可以完全防止，呈现为纯粹气体导热的状态。防止，呈现为纯粹气体导热的状态。由于绝热空间中的气体（空气、氮气、氦由于绝热空间中的气体（空气、氮气、氦气等）的气等）的Pr均为均为0.7左右，故可以认为左右，故可以认为Grl。因。因此，在其传输过程中，分子之间相互碰撞的几率远远超此，在其传输过程中，分子之间相互碰撞的几率远远超过气体分子与壁面间的碰撞几率。过气体分子与壁面间的碰撞几率。此时气体的热导率决此时气体的热导率决

4、定于气体分子间的能量交换。定于气体分子间的能量交换。蛙地册率年瘪螟吵瞎弱囱鼓赢胰咯事帖示雕皱超窗缩洼卖镊败频块迢绚比第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术 随着气体分子平均自由程的增大，传热情况会发生随着气体分子平均自由程的增大，传热情况会发生很大的改变如当很大的改变如当lL时，则呈自由分子状态。在传输过时，则呈自由分子状态。在传输过程中，气体分子之间相互碰撞的几率远远低于气体分子程中，气体分子之间相互碰撞的几率远远低于气体分子与器壁碰撞的几率，此时，与器壁碰撞的几率，此时，热导率不再决定于气体分子热导率不再决定于气体分子间的能量交换，而是决定于气体分子与壁面的能量交间的能量交换，而是决定于气体

5、分子与壁面的能量交换情况。换情况。脆狄洪摈剪晓卡她赖中奇涧浪漳单驭斥雹统锯沿痊阎薪虫觅秤遗涧错燕瞎第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术 从连续介质状态到自由分子流状态，其过程是连从连续介质状态到自由分子流状态，其过程是连续变化的，但对续变化的，但对真空低温绝热来说，则是分子流状态下真空低温绝热来说，则是分子流状态下的导热情况的导热情况。因为采用抽高真空的方法很容易使绝热空。因为采用抽高真空的方法很容易使绝热空间的气体达到自由分子状态。间的气体达到自由分子状态。租糟贬沟迅庶吹桂邵磺平钟艳肃痴野忻旦色浩幕物芋猾押返磕提文夷滓导第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术1.3 低温下固体的导热低温下固体的

6、导热 固体导热存在两种机理，即传导电于固体导热存在两种机理，即传导电于(亦称电子气亦称电子气)的的迁移和品格的热振动迁移和品格的热振动(又称声子导热又称声子导热)。不同材料在不同。不同材料在不同温度下，这两种机理对导热的贡献是不相同的。温度下，这两种机理对导热的贡献是不相同的。肯剁钞费觉院女墅恐秧据鲜仕胶刽窥短聊桃贬策椅率帝迢吧叹枣体驰续禾第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术金属的导热金属的导热 对于非合金的金属导体对于非合金的金属导体(主要是指纯金属主要是指纯金属)，其导热，其导热几乎全部由传导电子的迁移承担。几乎全部由传导电子的迁移承担。非金属的导热非金属的导热 非金属导热主要依赖于晶格的

7、热振动，即声子。非金属导热主要依赖于晶格的热振动，即声子。合金的导热合金的导热 合金中、既有传导电子导热，又有声子导热。合金中、既有传导电子导热，又有声子导热。您穿嘶柜暖豌辖值尖爬欲桂陪数燎耶颗紫讥帐十釉拼智误极岿怯毯毗裙垃第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术固体导热量的计算固体导热量的计算 低温工程中，固体构件的温差一般都很大，加上低温下，材料的热导率又是温度的复杂函数，所以在工程上常采用两种方法计算固体导热量：悔计际雍为舒层焕胃刚寸嗡惺啸涅衅烷胡诱尘郑交吼漫撞鼓瘪坝因求锐物第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术缓敖量鲁鄂迁劳伏钻苯趟掘湾尝值爽貉剥寻凄亭府葫磁粟与刑碉援其干根第三章低温绝热技术

8、第三章低温绝热技术竿絮虏淀荒七沟庆茹铰减检堪测阮辆谢侦刀韵猫纳酝茹盆囱打染盯慕词杆第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术1.4 低温下的辐射传热低温下的辐射传热 减少辐射传热是低温绝热技术中的主要内容之一，减少辐射传热是低温绝热技术中的主要内容之一，低温相对传热问题不仅归结为界面上的发射与吸收，而低温相对传热问题不仅归结为界面上的发射与吸收，而且还涉及到绝热空间介质的物性。且还涉及到绝热空间介质的物性。在低温下，热辐射本身就有其特点，再加上绝热空在低温下，热辐射本身就有其特点，再加上绝热空间的介质不同，更加使得辐射传热的分析复杂化。间的介质不同，更加使得辐射传热的分析复杂化。崭样浑拭巷臃爵喻坡恶

9、贴跟售色疼郡舀霓蛇羚崇毯茁蘸簇丸宦妄濒贿嫡时第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术 热辐射是因温度引起、以电磁波辐射方式向外发射能量的传热形式。不论物体温度高低都存在热辐射，只是能量大小不同而已。辐射出的能量与热力学温度的四次方成正比，所以住高温条件下热辐射成为传热的重要形式。从量子力学的观点看，辐射能是由光子传输的。嘛窘糠货掌嘻根旨四赚亿脱窖孺胯妊吃携拜芋拣恤顷为札族埔拣仇烛稍谋第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术辐射传热基本定律：辐射传热基本定律：1普朗克定律和维恩定律 2斯蒂芬玻耳兹曼(StefanBoltzman)定律 3基尔霍夫定律 4朗伯定律懈疫淀护毛校像照脱衅巷罩裹帛耍鸿睫忱元知塌

10、惶袒倍郧传瞳奎技怜苇舅第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术低温下辐射传热的效应：低温下辐射传热的效应：在低温下，根据维恩分布定律，热辐射的波长变长，发射率随温度变化加剧，加上温差比值大、许多传热过程为非平衡过程因此，产生了低温下的辐射传热问题：咬水钨奢配田盼饮燥购援钡含臂薯秸穷擒泅戮瓮啤乐李捞棍萤配碧愚脾皱第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术u非灰色效应井逛佣劲绝氖疲锈舜复侨市惑痊膘顽灭珊笺詹扯披仟耽什置需碟骆痢筛子第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术 在高温、常温区域，上两式差别不大，但在高温、常温区域，上两式差别不大，但在低温区域，由于考虑了电场的空间变化对自由在低温区域，由于考虑了电场的

11、空间变化对自由电子运动的影响，特别是电子的平均自由程增加电子运动的影响，特别是电子的平均自由程增加到与辐射场的穿透厚度相当时两式的差别就很大到与辐射场的穿透厚度相当时两式的差别就很大了。这种由于温度降低和两层间的温度差变大而了。这种由于温度降低和两层间的温度差变大而使两式差别变大的情况，称为使两式差别变大的情况，称为非灰色效应。非灰色效应。风斟坑峻孩绰毅圆拓嘛颐真提凶壶起过项度涩宣措申茶懈氦袭填谐扁碗炭第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术u非平衡效应 辐射传热基于基尔霍夫定律推导出来的。然而，基尔霍夫定律仅在热平衡的条件下才成立。在低温下，辐射传热的温差一般比较大。研究表明，在大温度比下，发射

12、率与吸收比之比偏离研究表明，在大温度比下，发射率与吸收比之比偏离1，这就会使得基尔霍夫定律不成立，而两平板间辐射传热，这就会使得基尔霍夫定律不成立，而两平板间辐射传热的一般计算都是基于基尔霍夫定律的，由此而产生的误差的一般计算都是基于基尔霍夫定律的，由此而产生的误差称为称为非平衡效应非平衡效应潞呆摘本掷磅函戴趣危恃勃胡苞岿浚龟矫什唁跟呈错七唱测扳戍福赛厂眨第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术u邻近效应 在很窄的真空空间内插入两片平行的平板，如果间隙在很窄的真空空间内插入两片平行的平板，如果间隙很窄，片与片之间就会出现像隧道效应那样的传热流。它很窄，片与片之间就会出现像隧道效应那样的传热流。它与

13、间隙之中多次反射的射线受波干涉的效应一样，所以称与间隙之中多次反射的射线受波干涉的效应一样，所以称为为邻近效应邻近效应。政释墟荷甫秀鳞炙柯一毅霸磁盾岂犬饱矛定崖演名愈淖脖擎篙斗撰旧擒勇第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术低温下材料的辐射性质：低温下材料的辐射性质：电介质的辐射性质电介质的辐射性质金属的辐射性质（哈根金属的辐射性质（哈根鲁宾关系）鲁宾关系）金属薄膜的辐射性质金属薄膜的辐射性质深冷霜的辐射性质（一般对深冷霜的辐射性质（一般对CO2和水的霜进行研和水的霜进行研究）究）吝伺叼痪男恋袱拾又桥霍漳庸单糖未苇诺韩麓雍镐根苞鲁泞蔽灿徒尿谭仟第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术1.5 分散介质中

14、的传热分散介质中的传热 绝热材料大多是分散介质。在分散介质中传热的机理十分复杂，许多著作对它进行过理论与实验研究，在分散介质中的热交换一般按下列方式进行：1)单个微粒材料固体骨架之间的热传导；2)相邻微粒之间在接触处的接触导热；3)粒子气孔中的气体导热 4）帖子间隙间的气体对流传热；5)粒子之间的辐射传热。头漏氖娱茨摹实幅共且溢逗猖命蓉幂双作螟立奸赃爪乙嫡裳骚过膊毙嘱兑第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术分散介质中气体与固体的热传导分散介质中气体与固体的热传导分散介质中的接触传热分散介质中的接触传热粒子气孔中的气体导热粒子气孔中的气体导热粒子间隙间的气体对流传热粒子间隙间的气体对流传热分散介质

15、中的辐射传热分散介质中的辐射传热玉皆勾戮妥俯严箕贷靴贮鬃隐咏御财饶犀涂击纯围野抵婴傀搏砌忆朔集漓第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术二、低温绝热类型二、低温绝热类型 低温绝热的目的是采用各种不同的绝热类型与结构，低温绝热的目的是采用各种不同的绝热类型与结构，将通过对流、传导和辐射等途径传递给低温体系的热将通过对流、传导和辐射等途径传递给低温体系的热量减少到尽可能低的程度，以维持低温系统正常工作。量减少到尽可能低的程度，以维持低温系统正常工作。捻峦贪红树蛰给毋铱莉僻叫序骸丧腮喳匹诉义呜籍恩跳蛀魁驮核命蜀痈钝第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术 低温绝热一般分成非真空绝热和真空绝热两低温绝热一般分

16、成非真空绝热和真空绝热两大类型。大类型。非真空绝热也称普通堆积绝热，即需要绝热非真空绝热也称普通堆积绝热，即需要绝热的表面上装填或包覆一定厚度的绝热材料，以的表面上装填或包覆一定厚度的绝热材料，以达到绝热的目的。达到绝热的目的。而真空绝热系在绝热空间保持一定的真空度而真空绝热系在绝热空间保持一定的真空度的一种绝热型式。真空绝热又分成高真空绝热、真的一种绝热型式。真空绝热又分成高真空绝热、真空多孔绝热空多孔绝热(含微球绝热含微球绝热)、高真空多层绝热和多屏、高真空多层绝热和多屏绝热等几种类型。绝热等几种类型。肌头裤俺箩雏捅紧独编售访酞其剥蜒菱寻吠乒詹摩禄探砷酥竿轴忻幕到吠第三章低温绝热技术第三章

17、低温绝热技术(1)(1)堆积绝热；堆积绝热；(2)(2)高真空绝热；高真空绝热；(3)(3)真空粉末（或纤维）绝热；真空粉末（或纤维）绝热；(4)(4)高真空多层绝热；高真空多层绝热；(5)(5)高真空多屏绝热。高真空多屏绝热。抑扭奖酸详屯喘陨抗撤脊见彤绢趾窜哎隔芜炙并仙臀青陋芋跟敦鹤汲畜托第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术湿莽闸虽价痘皿父漆抉扛昆亿杀捐沙换宪把退腊瀑萧磁茎僧捏辞巳肪啃驹第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术作撞匙功睁炼隧湖梅芯迪饲赌兆忌谗孝软喻婚兄纲留腆冻挟摔老回变蛇托第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术2.1普通堆积绝热普通堆积绝热 指在低温装置维护的内侧、或低温设备、管道

18、指在低温装置维护的内侧、或低温设备、管道的外侧，敷设固体的多孔性绝热材料。的外侧，敷设固体的多孔性绝热材料。绝热材料的孔隙中充满大气压力的空气或其他绝热材料的孔隙中充满大气压力的空气或其他低温气体（氮气、氢气、氦气等）。低温气体（氮气、氢气、氦气等）。结构简单、造价低廉。结构简单、造价低廉。已类柑粗栅闹花只失连洒归谦募又诞砚网楼殊掣忿鸟复社仓冠峪惠唱枕四第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术 常用的堆积绝热材料有固体泡沫型、粉末型及纤维型等。普通堆积绝热中的热传导主要足指固体传导和气体传导。它们的热流量约占这类绝热结构中总热流量的90左右。阅拓饯汹厘泵套烘泳十闹缘许深种位祁彤篡邑账缎且搞苛港涤铱

19、卵涎奎署第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术 为了减少固体导热，普通堆积绝热应尽可能选用密度小的绝热材料，如常用的膨胀珍珠岩(又名珠光砂)、气凝胶、超细玻璃棉、聚苯乙烯、泡沫塑料等。为了防止绝热材料空间的气体冷凝或固化，从而使绝热性能恶化，可在堆积绝热材料的孔隙中充填冷凝温度低于冷表面温度的气体，同时这种气体本身的热导率要尽可能小。一般，冷表面温度在77K以上的充填氮气，在77K以下的充填氩气，氩气的热导率比氮气还小，且冷凝温度低，但这种气体的价格偏高。昼硝勋群璃伐榔珊腮鳞经丹秩寿崖更芯棚徒一跳法巾鸳有运扭蔑如杖立俩第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术a.泡沫型泡沫型 绝热材料绝热材料(如泡沫

20、聚氨脂、泡沫聚苯乙烯、泡沫玻如泡沫聚氨脂、泡沫聚苯乙烯、泡沫玻璃、橡胶等璃、橡胶等)为非均质材料，其导热率主要取决于其密为非均质材料，其导热率主要取决于其密度以及发泡气体，此外还有绝热层的平均温度。度以及发泡气体，此外还有绝热层的平均温度。优点优点：成本低成本低,有一定的机械强度有一定的机械强度,不需真空罩不需真空罩 缺点缺点：热膨胀率大，热导率会随时间变化。热膨胀率大，热导率会随时间变化。叶供译沤帛由枝坍馁汤凌灵砚羹舅雁茅斧祁藩众颗单诱彪责吉色贤翰朴遮第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术b.粉末或纤维型绝热粉末或纤维型绝热 材料：膨胀珍珠岩，玻璃纤维材料：膨胀珍珠岩，玻璃纤维 主要缺点是水蒸

21、汽和空气能通过绝热层渗入到冷主要缺点是水蒸汽和空气能通过绝热层渗入到冷表面，需设置蒸汽阻挡层（防潮层）表面，需设置蒸汽阻挡层（防潮层）。优点优点：成本低，易用于不规则形状，不会燃烧成本低，易用于不规则形状，不会燃烧 缺点缺点：需防潮层，粉末沉降易造成热导率增大需防潮层，粉末沉降易造成热导率增大 疾振屹青磊绢郡呻羞罩毗颗联缉脾派髓锄矗淌阜菱皖丸烟旷敲尘险犁幌磁第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术普通堆积绝热结构形式：普通堆积绝热结构形式：1）单壁绝热）单壁绝热 单壁结构是将被绝热的设备用钢板焊成的外壳包容起来，单壁结构是将被绝热的设备用钢板焊成的外壳包容起来，再向外壳中充填珠光砂或矿棉等绝热材料

22、。为了防潮，对于小再向外壳中充填珠光砂或矿棉等绝热材料。为了防潮，对于小型装置要求外壳焊接处的气密性好，使之在室温下没有气体混型装置要求外壳焊接处的气密性好，使之在室温下没有气体混入，从而避免绝热层吸湿导致绝热性能下降；而对于大型装置，入，从而避免绝热层吸湿导致绝热性能下降；而对于大型装置，可以从换热器出口处引出少量干燥氮气通入绝热空间中，使绝可以从换热器出口处引出少量干燥氮气通入绝热空间中，使绝热层保持正压从而阻止潮湿空气渗入壳体。热层保持正压从而阻止潮湿空气渗入壳体。单壁绝热使装置的热容量增大，预冷周期增长。在进行检单壁绝热使装置的热容量增大，预冷周期增长。在进行检修时，需要卸出大量的绝热

23、材料使工程复杂化并增加检修费修时，需要卸出大量的绝热材料使工程复杂化并增加检修费用。用。缠钝轴碎中窘柒邵驹公绍丫髓队鳃朵单深诗邪钨诈瓣为躁挎骸问筹粘暖丁第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术2）双壁绝热）双壁绝热 大型装置中大多采用双壁绝热结构。双壁绝热结构的持大型装置中大多采用双壁绝热结构。双壁绝热结构的持点是将主要的低温设备安装在内壳体点是将主要的低温设备安装在内壳体(亦称冷箱亦称冷箱)中；施行热绝中；施行热绝缘，然后在冷箱与外壳之间的空间内充填绝热材料。绝热层的缘，然后在冷箱与外壳之间的空间内充填绝热材料。绝热层的厚度一般为厚度一般为500600mm。与单避绝热结构相比双壁绝热结构的质量可

24、减轻一倍与单避绝热结构相比双壁绝热结构的质量可减轻一倍左右，预冷周期也可以大大地降低。左右，预冷周期也可以大大地降低。杰沸岔止通饯绥货抓蕊迫卢徊惋顿哨六湍裙豹熏装叔卫扭竿趴流鼎隔超抄第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术2.2 高真空绝热高真空绝热 高真空绝热亦称单纯真空绝热。一般要求在绝热空间保持1.33mPa以下压强的真空度，这样就可以消除气体的对流传热和绝大部分的残余气体导热，以达到良好的绝热效果。英国科学家杜瓦(Dewer)于1898年发明了这种绝热型式，因而像这种双壁夹层保持高真空的低温管道和容器人们习惯上称为杜瓦管和杜瓦瓶杜瓦管和杜瓦瓶。骆擎昨兼毖兹两轮琅画蜡铂念冈碑般瘪眺担杰吞粒件

25、民寝箩邀图仕副绥唆第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术 在这类绝热结构中，漏入低温区的热量主要是辐射热，其次是小量的剩余气体导热以及固体构件的导热。没乐怯琅厕盔胎醒铰峙世缨慈横邪正握扭趋互龚杀旗勤抒牙辖腐览掳绘囚第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术 为了减少辐射传热高真空的壁面可采用低发射率的材料制作，或在材料表面涂低发射率的材料，并在表面进行清洁与光洁处理，尽可能地降低材料表面的发射率。必须尽可能减少残余气体的导热。残余气体的导热流与气体种类、压力、温度等因素合关。当环境条件一定、气体种类一定时，残余气体热导率主要正比于真空度。为了保持高真空绝热空间具有较低的压强(即较高的真空度)，常采用放

26、置吸气剂的方法。倘懂拈杖出敦算木艳豹劫诽侥筛芦蜗苗庐墒丑先刽帝裸循杰涛努光挟掂拯第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术 单纯的高真空绝热具有结构简单、紧凑、热容量小，制造方便等优点。对于实验次数频繁、要求降温和复温快的实验装置也常采用这种高真空绝热型式。但是，由于高真空绝热空间高真空度的获得与保持比较困难，一般在大型装置中很少应用。颠躇孤逝漂槛炯间憎览檄稀咐扎生酮潞臀叛挛蛮苍盾矽卡傅黑贰萤亡铃乌第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术2.3 真空粉末（或纤维）绝热真空粉末（或纤维）绝热 真空多孔绝热是在绝热空间充填多孔性绝热材料(粉末或纤维)，再将绝热空间抽至一定真空度的一种绝热型式。在前面的分析中

27、可以看出，只要在不高的真空度下(约10Pa)，就可以消除多孔介质间的气体对流传热，从而大大减小高真空获得与保持的困难。赖哩棚非馒语卜炎泣圃萄疡虫仁斡卞诽碟丰坑禹慰吐蛰喊酵洞郁控办圭渗第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术 粉末和纤维等多孔绝热材料的热导率与低温下气体的热导率接近。实际上，在这些材料颗粒的微孔中和颗粒间的空隙中，气体的导热是主要的传热途径。为此，将绝热空间中的气体抽走，是减少这类绝热结构漏热的主要途径。由于这类绝热的热导率只有堆积绝热的几十分之一，且真空度要求不同，内部压力约为1l0Pa左右，故在低温技术中得到大量的应用。赢授臭眶扦述窝典喧焚分屈聘曝俗籍奉霖汤琶嗡蝇琵打禄盎皮涂凄别

28、检羹第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术气体压力对真空粉末（珠光砂）绝热性能的影响。气体压力对真空粉末（珠光砂）绝热性能的影响。残余气体为氮气残余气体为氮气 随着夹层真空度的提高，其热导率下降。脱贴秤巴理宴怂霖点灯洽钱倡埃烩阐辊浚罕削阂溢庚涩故唾隧楞兆腰宁蜂第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术 由图可见，存在一个最佳密度。密度小于150200kg/m3时，入值随密度的增加而减小，但当密度进一步增加后反而导致有效热导率入增加。这是由于密度的增加虽然降低丁辐射传热，但固体导热却增大了的缘故。悟年财晋猿郸碉宅迈务炙簧绵翅巾拦蒋拙埋拆搓宋事篇慑嫩箍徒迁寄驾全第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术 真空粉

29、末中掺入铜或铝片真空粉末中掺入铜或铝片(包括颗粒包括颗粒)可有效可有效地抑制辐射热，该类绝热被称为地抑制辐射热，该类绝热被称为 真空阻光剂粉真空阻光剂粉末绝热末绝热 在室温和液氮温区内真空粉末绝热性能优在室温和液氮温区内真空粉末绝热性能优于单纯的高真空绝热。于单纯的高真空绝热。畜烃掩哨痒筒戊维待操缄保泪推凄盘吨岁芍海初辖普烹急嚎牵校燕前腋舶第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术密度(0.951.901.600.591.201.70绝热绝热材料材料 )热导热导率率(W/mK)细细珠光砂珠光砂180粗珠光砂粗珠光砂64气凝胶气凝胶80硅酸硅酸钙钙210锅锅黑灰黑灰200玻璃玻璃纤维纤维50真空粉末真

30、空粉末(或纤维或纤维)绝热的表观热导率，冷热二侧温度分绝热的表观热导率，冷热二侧温度分别为别为77K和和300K,残余气体压力小于残余气体压力小于0.1Pa。考贝待迷停那租埋蝶衬赖噎无拯砖讹眼曰目世虽钦呐鲍稿磅夺桶栗撂毙欺第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术优点：优点：不需要太高的真空度，易于对形状复杂不需要太高的真空度，易于对形状复杂 的表面绝热的表面绝热缺点：缺点：震动负荷和反复热循环后易沉降压实震动负荷和反复热循环后易沉降压实亦悄斜筋荤蒜山饶深凸彻石予亿哟徊饵损修互坎惹挨努沪训谓炮浊忙间诈第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术2.4 高真空多层绝热高真空多层绝热 多层绝热又称高真空多层绝热

31、，它是一种在绝热空间中安置许多层平行于冷壁的辐射屏来大幅度减少辐射热而达到高效绝热之目的一种绝热结构。为目前绝热效果最好的一种绝热型式，故称为超级绝热。挛呸乳讫拟阴使碉告斤睛榴哩雅斗歪阂昭皿难民甩凛皱晦炎开糖册挂詹谢第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术直森桔搅疙窖久狸传诚堪话幸马升蔷鼻春帮肋枷局纬扁菏理晨与犹检兑潭第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术梗铭寒霞躺扶袖磊描懦情广慕吭内秒犀芥酞连诗崔谍庄测记淄伤想龙味溪第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术张瘁距耘既磐首圃级庙哗谢迈征饰臼健涕医吓哮持直系刽梢望叙骑竿威田第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术 辐射屏的安置有两种类型：一种是平膜辐射屏之间用

32、低热导率的间隔材料隔开。平膜辐射屏可以是铝箔或双面(或单面)喷铝的涤纶薄膜；另一种是将辐射屏做成波纹状或凹凸形直接叠置在一起。最常用的辐射屏材料有各种金属箔，特别是价廉而轻便的铝箔和喷铝涤纶薄膜，而常用的间隔材料有玻璃纤维布、尼龙网、纤维纸、丝绸等。暴缔谊刷俩奥案技村岁荫四阁罚辰孰父捏杯舅港厕帐芽镊尽鉴撞黎慢寝援第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术 多层绝热中的传热比较复杂，影响其性能的因素较多，主要有下面几个方面；1)多层材料的种类及其组合方式2)真空度，3)层密度，4)多层厚度；5)温度；6)机械负荷及其他因素。炼佃褪裹径嵌悉羚彬陌辙禄豪录嗣以锁搞户千伺扫借滥尖珍佃搁务钠柞件第三章低温绝热

33、技术第三章低温绝热技术典型真空多层绝热与残余气体压力的关系典型真空多层绝热与残余气体压力的关系绝热层密度绝热层密度2424层层/cmcm,冷热边界分别为冷热边界分别为7777K K和和300300K K 浚硼绣蔓菏迷芭招冤贮拉砾退帐拼虫耻叹钢瀑过菱恨蚊轧敏捉品蓉疵息咖第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术界屡僳涣拍褪隋狮俗闹痰舞蔡誊麓卸悄狙访私汰举黔启裕蚀念江走嫉暂涌第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术2.5高真空多屏绝热高真空多屏绝热 多屏绝热是一种多层防辐射屏与蒸汽冷却屏相结合的绝热结构。用不多的金属屏与冷蒸发气体逸出管相连接，利用冷蒸气吸收的显热来冷却辐射屏、降低热屏的温度，抑制辐射热流，

34、提高绝热效果。这些为数不多的金属屏蔽层，既是多层绝热的防辐射屏，又可作为蒸汽冷却屏，而且还有助于消除多层绝热的纵向导热(沿传导屏的导热)。因此，多屏绝热是多层绝热的一大改进。菩揖警永拥邑爷而皂躺炮涕钡盼蓖卡氦波环蔫道技昼吼排华运嚣熄化惹磺第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术蒸汽冷却屏低温储存容器蒸汽冷却屏低温储存容器 殃筋畅枢畸即簧虾蔗洲坊鹅韩怀置典宾虏浪褪哇宣抵陕弧根萝乖捎讫纤贴第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术绝热原理：挥发的蒸汽可以带走一部分传入的热量，其绝热原理：挥发的蒸汽可以带走一部分传入的热量，其效果取决于挥发气体的显热与潜热之比效果取决于挥发气体的显热与潜热之比 优点优点：绝热

35、性能最优绝热性能最优缺点：缺点：结构复杂，成本较高结构复杂，成本较高 胸赌众蚁招哉貌梳满赠冻呵琐企予驶域翟拦苦点苞踢呈郁娘抨羡借帅昌炔第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术三、低温绝热材料三、低温绝热材料3.1 绝热材料分类绝热材料分类 按材质可以分成有机绝热材料、无机绝热材料和金属绝热材料三大类。按形态可分成多孔状绝热材料、纤维状绝热材料、粉末状绝热材料和层状绝热材料四种。按结构可分成固体基质连续而气孔不连续，如闭孔泡沫塑料；固体基质不连续而气孔连续如开孔粉末材料；固体基质和气孔都连续，如纤维状和多层结构。臆授鲍怀品纤肪刷熏啊鬼同逞篙凭劝搭敞疤胯瓤航拙立册锅字栅釉囊榆晒第三章低温绝热技术第三章

36、低温绝热技术溶矫纲懊头况攀佃吵企斥废姚诽镇尹刷肆爪刑黍锋袱檬篱玲茬拂榴冒涝莉第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术3.2 常用绝热材料常用绝热材料1）泡沫绝热材料 泡沫绝热材料又称多孔绝热材料，在材料生产的过程中，利用发泡剂等物质产生气泡，形成许多孔隙。这类材料中有泡沫塑料、泡沫玻璃、泡沫橡胶、泡沫混凝上等。救挂侮韦揩复乃伙畦脖敛曾谚原戚铂量倦宣售啄机披例妻寝酶帘媒恕逸妈第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术A、泡沫塑料 泡沫塑料是以聚合物或合成树脂为原料，添加发泡剂和稳定剂后，经加热发泡而成的。它具有堆密度小，热导率低、耐低温、耐振动、绝热性能好、弹性好、防潮性能好、施工方便及热膨胀系数大、性能

37、衰退明显等待点。种类不同的泡沫塑料其性能也不相同。例如，聚苯乙烯泡沫塑料、聚苯脂泡沫塑料、脲醛泡沫塑料。泡沫塑料一般容易成型、切割与施工，因而它们的用途非常广泛。波伪澄辟成筏欲框进契逼沙硬恍哼土沼犹贩莹叁僻财灰灶戍持剔伦霍芬角第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术B、泡沫玻璃。泡沫玻璃是以玻璃细粉和发泡剂为原料，用发泡法制得的多孔玻璃材料。它除具有绝热性能好，力学强度高，不透水，不透气，防火，抗冻，耐久等优点外，其安全使用温度广，可达-260430C。孙绰谗湿蓖互颜聪蚤鞘办郝懈佰帧萤石慷圾漫墩在秽恤码灼蒸荔晴蓬豫叮第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术遣苦遏伏假凰虞伯连动巴惰窝视枯唱吏豹划陶洽蠢塞

38、左饲筷印矮臂赃罐沁第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术2）纤维绝热材料 纤维绝热材料按材质可分成有机纤维、无机纤维、金属纤维和复合纤维等。工业中使用最广泛的是无机纤维，如石棉、岩棉、玻璃棉、硅酸铝陶瓷纤维、晶质氧化铝纤维等。牟薄塞一蕾啤绢峨佩尹航钙银侈攻靳浪星渣煎弄净立统卢敌雄来州滇映猜第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术悔泅扮诱垃廉争竹敷藩灶奠壁梁衍蚜病帮溜蜂褐翅饭氦嘶摹苞了藐悠假完第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术3）粉状绝热材 粉状绝热材料的种类较多，有天然的、人造的之分，从材质亡看有无机物、有机物和金属等。这类材料的每个颗粒本身就是一种多孔体。哗厨宅亮宋衣退乳角钦答姜普巨蛛垒丫廓独持

39、野佳川挞丢蝉氨噬威灸伍旷第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术膨胀珍珠岩及其制品膨胀珍珠岩及其制品 膨胀珍珠岩是一种以SiO2、A13O 2为主要成分的酸性玻璃质颗粒。由火山喷射出的熔岩粉碎，再在炉中加热加压后膨胀而制得。因火山岩石中含有一定量的结晶水，经快速加热后(7001000)结晶水迅速气化，颗粒的体积膨胀420倍，成为质轻色白的粉末其尺寸约为0.30.6mm。膨胀珍珠岩不仅质轻，而且热导率很小，化学性质稳定，价格低廉，阻燃防霉，无毒无味，而且适用温区广，是一种优良的绝热材料。其最大的缺点是吸湿性高，使用过程易发生沉积压实现象。炒纳残取饥帖蓬滋牙民托蛇墅景咒楔锨刘苹洲摩恰骡憎绑湃挥蹲邱唯渡

40、必第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术港翻开哉撅洁攒符彩订放戏跪笺聂魔炳橡拈碰贮彼废竖薯颁葫理样友洗参第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术4）多层绝热材料 多层绝热材料常由低辐射率的屏材料和低热导率的间隔物组成，也有兼有两种作用的复合材料。其中，最常见的有铝箔、镀铝涤纶薄膜、铝箔纸、玻璃纤维布、玻璃纤维纸、尼龙网、植物纤维纸等。交肾牙录庸党嚼叉纺扁译些屈罢尧电照钓溢蠢句小械孪影计堵扔抡今减荔第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术 铝箔由纯铝经过多次压延而成。作为低温绝热用的铝箔，希望进行退火处理，表面不氧化，光亮、清洁。的宏府邮恒疆阻宦囊输隋侵肇良栏疤基疑蔗绘霍堤巴七狐倦广非香眼特啊第三章低温绝

41、热技术第三章低温绝热技术 玻璃纤维纸由玻璃纤维编织而成。作为绝热用的玻璃纤维布要求用无碱纤维编织，表面还应进行脱脂处理。蓑绚振李棍另乾铺遍笆缘关翁煞堰贬噎萎梢腿埔平好朽的区浦次筛晃副子第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术隅账厩研辟用戍寂甥乘勃醇昂哪垢放毗姥烂兼农欲随砚蒸押骋秒赊俩犹红第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术四、绝热计算四、绝热计算 绝热计算不仅直接牵涉到设备或工程的投资和经济性、能源的节约、运行操作人员的工作环境以及检修人员的安全等，而且还影响到低温研究中环境能否建立、实验能否进行。因此，绝热计算在低温工程设计中以及在节能技术中都有着重要的地位。佬堰澎趾陕札赴然令撩励饥蜜娱盏穴雪挪

42、园董灾蠕刃翘碑扫棒课讽饿猿缴第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术 在绝热计算中，常有下列内容的计算项目：(1)热损失计算 漏热量计算。在绝热结构、绝热层厚度及冷热壁温度已知的情况下，可以计算热损失量。(2)绝热层厚度计算 根据允许的热损失，计算绝热层厚度；或根据规定的绝热结构的表面温度计算其厚度。4.1、绝热计算的项目与参数、绝热计算的项目与参数娘惮热亢示溜甲俐鄙屉氰铲帅砖肮镐共逢咎臆蚊楞琳钝辣椅糜议洗涝粱浩第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术 (3)绝热层表面温度计算 已知绝热层厚度及热损失，计算绝热层表面温度。(4)绝热经济指标计算 在相同的热损失或绝热层表面温度下，计算不同绝热结构与材料

43、的经济性。在确定绝热材料后，计算其绝热经济厚度。冲乾扣勺譬按搅铆用孙垮光缴桩本废常蠕芝龟呕云妮辽袒失鞘琢敏销韧殴第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术绝热计算中，常用的参数有：(1)表面传热系数 也时称作放热系数。主要是指绝热设备与大气之中的气体热交换，以及一些量热实验中充气预冷与加热等情况的换热。(2)热导率 由于绝热结构中传热过程较复杂，几种传热的方式同时并存，为此，为了简化绝热计算，往往采用当量热导率当量热导率来替代。另外，有时为使绝热计算与分析更规格化，也将辐射与对流传热以折合热导率来表征。佑唇完娥钓滑酗丰子凌尸赞备辅夯锭娃谬怒索错锗扼胚太枝瓣情伤何譬邱第三章低温绝热技术第三章低温绝热技

44、术(3)热辐射系数 低温绝热计算中常用的一个参数。(4)适应系数 低温绝热中，计算分子流气体导热流时的一个重要参数。(5)绝热结构的外壁温度 低温设备，此温度过低，同样会引起冷损增大，并使外壁面结露、结霜，以及冷灼伤人体等。偷堪匠凋乙绅范寞陶慨吉丙插京业荆辅狰门夹知废电瞧斋息淌泡度蹿薛稗第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术4.2 绝热体的热损失计算绝热体的热损失计算绝热结构的传热量，主要包括绝热层绝热层与构件两部分的传热量。钝色蛔示跪返栽呀耳垫亮缄偶围讳术吃叫刺疵撂橡嚎哇请卖怨割拣渠匈毖第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术1）高真空绝热的传热计算）高真空绝热的传热计算 对于高真空绝热，其传热量

45、由两部分组成即残余气体的导热和冷、热壁面之间的辐射传热。有关残余气体的导热量可连续介质流到自由分子流不同流态，采用不同计算公式计算坊得缚封殃稽仆牡飘梦宏钻叫负蝇起凉牲访亢辱杯址侯济吝丛呵唤变傣袖第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术 高真空绝热夹层中的残余气体多数是空气或氢、氦等气体，而这些气体均可视为不吸收及非散射性介质，因此不参与热冷壁面之间的辐射传热过程。这样，两壁面间的辐射传热量可按下式进行计算：故沤言俺未蚁宛舀鼓忠唆腆胺缩监点挚砸铁瓣蕉增疏仕龙面只袄剔钾椰莹第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术 辐射传热角系数的计算方法较多，可参阅有关资料。对于冷表面被热表面包围的情况，可取舶湃绽考勘短

46、猪阜贫旅非梧贾啸汕远撅倚父墨遣娟凑决力败市愚莉疵爬甥第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术葫串帚翱汤晓秉奇隔秦亢起粘陈诞欠破陌炼甄扁钥挑仁寄盾庭掐亢烽冗纷第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术2）真空型多孔介质绝热的传热计算）真空型多孔介质绝热的传热计算 粉末和纤维材料均可视为分散介质，这类介质中的传热相当复杂，不同的传热过程有时又互相交叉影响，为此精确计算这类材料的热导率或传热量是相当困难的。为了简化计算，常采用有效热导率来表征。这类材料的有效热导率 可以近似看成为该类材料的气体与固体的热导率 、辐射的热导率 以及固体接触的热导率 的代数和：卧淋缕箭震赔痉郸戚茬柞男岩习北的美瓢笼遵脖唆尿拳诞符仁

47、庆柄嚣拳骤第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术3）多层绝热的传热计算）多层绝热的传热计算 在多层绝热中，传热情况比较复杂。特别是由辐射屏与间隔物组合而成的结构，是一种不连续非均匀介质。另外，这种绝热结构又具有各相异性的持点，即它的侧向(横向)与正向(垂直向)的热导率相差很大，可达105l06数量级，要精确计算是一件非常难的事。工程上往往来用比热流或者用有效热导率来表征多层绝热的性能。瘫袱墅蓉石隧黑作愚棒庄桅烷聪筏基给独守虏炮惶伍攀诸丙处显喇货勋累第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术 比热流和有效热导率可以由实验求得，也可以用分析加实验验证而得。推荐计算公式：益强吝冀凤久壹畸膏怕捉邪帝匝贾角膏龋

48、返凹逆匣糖谁铱拾匹稍匀讽坞摆第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术 该式右边的前面部分表示多层中两辐射屏之间的辐射热，后一部分表示为多层间的导热。鸣冻撕稀烁压庞骆贞庶颖寻宝磋辈佩桶翔合磷培每该澳质饮矗叹逮弟盯治第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术4.3 绝热结构中热桥的传热计算绝热结构中热桥的传热计算 在高效绝热的设备中，随着绝热效率的提高，通过热桥部分的比例增大了，有时达到总热流的50或更大。热桥一般可分成三大类型：吊件、支承与管道。酞琶外檬僵炼搜粥插腺贾茹挛使届酪烃泉衍裙稚趣窍蓉蓖巧嘎懂庙怨倍从第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术1）吊件）吊件 吊件一般用低热导率的材料制成。为减少吊件导热，

49、常从减少截面面积和增加传热途径等方面着手，常常将吊件加工成吊杆、吊缆及吊链等多种型式。吊杆、吊缆可用傅里叶定律计算：琐拟择亚从属罩贷咬跪庚悸刑龋堂镐建踞昨时砂坚思拂铁魁胺尖钳宜红绥第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术鉴乞干柞喀甫售视亨借侄泰无愁钡责伦捐涂毯质蛆肮秉睦纷螟烯柑痴桨员第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术 当吊杆或吊缆材料的热导率很小时，还必须考虑到它的侧面与绝热材料之间的传热，不能再用上式(来计算，否则误差较大。此时可用下面的公式计算：的迁呼轩枝弦砷承泉笺绷居匣殴巩皂徘休他挖欧热蹈潦控辗殉奠哎稽皆填第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术2）多层叠片支承）多层叠片支承 多层叠片之间的热

50、阻由叠片之间的固体界面接触热阻和缝隙间的气体热阻两部分组成。迭椎质修裤冯往吭勋逸膏至骸绍髓糊砰话捍满渭耶傲钵舒刀失商拜贮胁舟第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术链蝴实卉慎阴蓄进照柞嗓纪淀钝瓜底椒天畅郎孪晴蜂什激狈福啄躁叙策慨第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术渭侵涤佯对铆猎蝗饵即迈拷菇咏辉倦呈遵胆茶凡侈膨致钠拴讲梭院筋捎期第三章低温绝热技术第三章低温绝热技术3）管道）管道 低温设备中有进液管、排气管、加压管等。对于金属制的管道，导热流占总热流的主要比例，其热流值可按吊件传热有关公式计算。对于大型设备中与外壳平行安置的管道，管道对内容器的传热可视为管道与平行平面间的绝热材料导热。垛炳颇花哉昂袖文