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液氮罐的传热量

众所周知,目前人们所了解到的热的传递有对流、传导、辐射三种方式,从技术上讲,只要能有效地杜绝外界的热量通过以上三种方式传人罐子内,液氮罐就能长时间的贮存一196。C的液氮,对于对流传热而言,液氮罐的壳体设计成两层,并把两层之间的空气抽掉,剩下的残余气体在两层之间的压强低于1.3xlO。3Pa时,其对流传热是基本稳定的,可以忽略不计。目前的工艺手段,要得到这样的真空度是十分容易的,本文不作讨论。

从传热机理分析,对于不同容积或者容积相同而口径不同的罐子,其在对流、传导、辐射三方面的传热量比例是不一样的(见表1)。

 

不同容积、不同口径液氮容器的传热量

对于口径①50mm,容积10L的液氮罐而言,要想尽量减少通过颈管的热传导,除选择导热系数极低的玻璃钢作颈管材料外,在颈管设计结构上,要符合傅里叶导热定律,即:

Q=FF天AT

式中:Q为颈管传热量;F为颈管有效传热断面积;L为颈管有效传热长度;F为颈管材料的导热系数;AT为颈管冷热两端的温差。

所以,一是减小颈管的有效传热断面积F,二是增长颈管的有效传热长度L,都能把传热量Q值减小。由实验得知,减小罐子颈管的壁厚必须首先满足颈管的机械强度和气密性要求,否则,会产生罐子在使用过程中颈管破裂和极其缓慢的渗漏。在气密性方面,浙江大学低温工程教研室的试验证明,玻璃钢材料本身的气密性就存在一些问题,虽然采用颈管外表面涂氟涂料或镀金属镍膜可以解决这个问题,但相应地带来了工艺的复杂化和增大颈管的传热量。如果增长颈管的长度L,将随颈管的延长逐渐恶化颈管同外壳体连接部的粘接强度,影响液氮罐的使用寿命,同时也会增大液氮罐的整体高度和空重,带来使用上的不便。

由试验得知,在其它条件不变的前提下,增长颈管的有效传热长度对提高液氮罐保冷性能的效果并不理想,另一方面玻璃钢材料在原材料配方上和制作工艺上都会对玻璃钢的导热糸数和机械强度产生重要影响。

从技术角度上看,同容积、同口径、同结构、同液氮保存天数的液氮罐以重量轻,体积小的液氮罐技术先进。日本戴亚冷机工业株式会社的液氮罐属这种类型的产品,目前,在国际上仍处于领先水平。

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