一种用于确定多屏绝热液氦容器最佳屏位的方法技术

本发明专利技术提供一种用于确定多屏绝热液氦容器最佳屏位的方法，首先设定液氦容器的蒸发量，之后计算瓶塞底面对液氦的辐射传热量，以及瓶塞底面以氦蒸汽传导给液面的导热量，并选定换热比例系数R作为叠代变量，从里向外依次计算液氦容器各传导屏的挂屏温度和位置，最后判断预估颈管总长和实际颈管总长是否匹配，如不匹配，则调整换热比例系数R的值，继续迭代计算，直至预估颈管总长和实际颈管总长，从而得到最佳屏位。这一确定多屏绝热液氦容器最佳屏位的方法简捷方便，意义明确，计算过程效率高，易于收敛，能有效减少液氦蒸发量，使传导屏与颈管连接处漏入的热量最小，延长液氦保存时间。

【技术实现步骤摘要】
一种用于确定多屏绝热液氦容器最佳屏位的方法
本专利技术涉及液氦储运
，尤其涉及一种用于确定多屏绝热液氦容器最佳屏位的方法。
技术介绍
氦在工业领域有广泛应用，在航空航天、国防、低温物理、气相分析、焊接、探漏、化学气相淀积、晶体生长、等离子干刻、粒子加速器、低温超导和核磁共振成像等领域发挥着不可替代的作用，其中多数涉及液氦的储运。然而液氦是一种沸点很低、气化潜热很小，极易气化、极难储存的液化气体。液氦的显热与气化潜热之比很大，因此可以利用这一特性回收显热，阻挡漏热，提高绝热性能。为此可以采用多屏绝热结构，即用数量不多的冷却屏将颈管上蒸发气体的显热引入传导屏上，使屏温下降，减少多屏绝热层的漏热量，提高液氦容器的整体绝热水平。由于蒸发量不同、颈管长短不同、粗细不同，使颈管长度方向上的温度分布不同，故传导屏的位置对通过液氦容器的总漏热量影响很大。本专利技术提出一种用于确定多屏绝热液氦容器最佳屏位的方法，可以确定最佳屏位，使传导屏与颈管连接处漏入的热量最小。
技术实现思路
本专利技术提供的一种用于确定多屏绝热液氦容器最佳屏位的方法，主要解决的技术问题是：如何准确确定最佳屏位，使传导屏与颈管连接处漏入的热量最小。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种用于确定多屏绝热液氦容器最佳屏位的方法，包括：S1：选定液氦容器设定的蒸发率m；S2：计算通过所述液氦容器瓶塞底面对液氦的辐射传热量，以及计算通过所述液氦容器瓶塞底面以氦蒸汽传导给液面的导热量；S3：选定换热比例系数R；>S4：根据所述蒸发率m、所述换热比例系数R，所述辐射传热量以及所述导热量，依次计算所述液氦容器从内到外各块传导屏挂屏处的温度，并根据所述传导屏挂屏处的温度计算该传导屏的挂屏位置；S5：将当前第i+1块传导屏挂屏处的温度Ti+1与所述液氦容器外壳温度Tf进行比较，判断所述Ti+1是否大于等于所述Tf，如是，转至步骤S6；如否，转至步骤S4，计算第i+2块传导屏挂屏处的温度；S6：基于所述第1～i块传导屏的挂屏位置，计算预估颈管总长；S7：将所述预估颈管总长与实际颈管总长进行比较，判断所述预估颈管总长与所述实际颈管总长是否匹配，如是，转至步骤S8；如否，转至步骤S3，调整所述换热比例系数R的值；直至预估颈管总长与所述实际颈管总长匹配；S8：基于所述各块传导屏的挂屏位置，得到所述液氦容器的最佳屏位。可选的，所述计算通过所述液氦容器瓶塞底面对液氦的辐射传热量，包括按照如下公式(1)计算得到所述辐射传热量：式中，所述σ为辐射常数，所述ε为瓶塞底面的辐射率，所述F为辐射角系数，所述S为瓶塞底部的面积，Td为瓶塞底部的温度，T0为液氦的温度。可选的，所述计算通过所述液氦容器瓶塞底面以氦蒸汽传导给液面的导热量，包括按照如下公式(2)计算得到所述导热量：式中，所述λe为氦蒸气当量热导率，所述L为实际颈管总长，所述L0为瓶塞的长度。可选的，所述根据所述蒸发率m、所述换热比例系数R，所述辐射传热量以及所述导热量，依次计算所述液氦容器从内到外各块传导屏挂屏处的温度，包括按照如下公式(3)计算第1块传导屏挂屏处的温度：式中，所述Lb为液氦蒸发的气化潜热，所述ε0为所述第1块传导屏与内胆的辐射率，S0为所述内胆外表面的总面积，ΔT为传导屏温度与挂屏位置处温度的温差；T1-ΔT即为所述第1块传导屏的屏温；在已求得第i块屏挂屏处的温度后，所述i大于等于1，第i+1块屏的挂屏处温度，根据如下公式(4)计算：式中，所述Hi为第i块传导屏的挂屏处温度下氦的焓值，H0为饱和氦气的焓值，εi为第i+1块传导屏与第i块传导屏之间的辐射率，Si为第i块传导屏的总面积，Ti为第i块传导屏挂屏处温度。可选的，所述根据所述传导屏挂屏处的温度计算该传导屏的挂屏位置，包括按照如下公式(5)计算第1块传导屏的挂屏位置：式中，所述δ1为第1块传导屏的挂屏位置距颈管与内胆分界面的距离，所述λ(T0)为内胆温度下颈管材料的热导率，所述A为颈管的横截面积；按照如下公式(6)计算第i+1块传导屏的挂屏位置：式中，所述λ(Ti)为第i块传导屏挂屏处温度下颈管材料的热导率，所述δi+1为第i+1块传导屏的挂屏位置与第i块传导屏的挂屏位置之间的距离。可选的，在判断所述Ti+1大于等于所述Tf时，还包括：令Ti+1＝Tf，n＝i+1，按照如下公式(7)，将第i+1个传导屏的挂屏位置δi+1修正为δn：式中，所述Tf为所述液氦容器的外壳温度，所述δn为最后一块计算屏距第i块传导屏的挂屏位置处的距离，所述Hf为外壳温度下氦的焓值。可选的，所述基于所述第1～i块传导屏的挂屏位置，计算预估颈管总长，包括按照如下公式(8)，计算预估颈管总长：可选的，所述将所述预估颈管总长与实际颈管总长进行比较，判断所述预估颈管总长与所述实际颈管总长是否匹配包括：在判断所述预估颈管总长与实际颈管总长之间的差值处于设定阈值范围内时，判定所述预估颈管总长与所述实际颈管总长匹配；相反，则判定所述预估颈管总长与所述实际颈管总长不匹配。可选的，所述在判断所述预估颈管总长与所述实际颈管总长不匹配时，调整所述换热比例系数R的值包括：当预估颈管总长大于实际颈管总长时，减小换热比例系数R的值；当预估颈管总长小于实际颈管总长时，增大换热比例系数R的值。可选的，所述所述在判断所述预估颈管总长与所述实际颈管总长不匹配时，调整所述换热比例系数R的值，包括按照如下公式(9)计算调整后的换热比例系数：式中，所述RN为调整后的换热比例系数，所述t为松驰系数。可选的，对于铜传导屏ΔT＝6K，对于铝传导屏ΔT＝16K。可选的，所述外壳温度Tf简化取为环境温度Te。可选的，所述外壳温度Tf按照如下公式(10)进行取值：式中，所述Te为环境温度，所述Sf为外壳的表面积，所述α为空气的自然对流换热系数。可选的，所述空气的自然对流换热系数α取值为5～15。可选的，所述换热比例系数R初值为0.15～0.3范围内。本专利技术还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如上所述的用于确定多屏绝热液氦容器最佳屏位的方法的步骤。本专利技术的有益效果是：根据本专利技术提供的用于确定多屏绝热液氦容器最佳屏位的方法，首先设定液氦容器的蒸发量，之后计算瓶塞底面对液氦的辐射传热量，以及瓶塞底面以氦蒸汽传导给液面的导热量，并选定换热比例系数R作为叠代变量，从里向外依次计算液氦容器各传导屏的挂屏温度和位置，最后判断预估颈管总长和实际颈管总长是否匹配，如不匹配，则调整换热比例系数R的值，继续迭代计算，直至预估颈管总长和实际颈管总长，从而得到最佳屏位。这一确定多屏绝热液氦容器最佳屏位的方法简捷方便，意义明本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于确定多屏绝热液氦容器最佳屏位的方法，其特征在于，包括：/nS1：选定液氦容器设定的蒸发率m；/nS2：计算通过所述液氦容器瓶塞底面对液氦的辐射传热量，以及计算通过所述液氦容器瓶塞底面以氦蒸汽传导给液面的导热量；/nS3：选定换热比例系数R；/nS4：根据所述蒸发率m、所述换热比例系数R，所述辐射传热量以及所述导热量，依次计算所述液氦容器从内到外各块传导屏挂屏处的温度，并根据所述传导屏挂屏处的温度计算该传导屏的挂屏位置；/nS5：将当前第i+1块传导屏挂屏处的温度T

【技术特征摘要】
1.一种用于确定多屏绝热液氦容器最佳屏位的方法，其特征在于，包括：
S1：选定液氦容器设定的蒸发率m；
S2：计算通过所述液氦容器瓶塞底面对液氦的辐射传热量，以及计算通过所述液氦容器瓶塞底面以氦蒸汽传导给液面的导热量；
S3：选定换热比例系数R；
S4：根据所述蒸发率m、所述换热比例系数R，所述辐射传热量以及所述导热量，依次计算所述液氦容器从内到外各块传导屏挂屏处的温度，并根据所述传导屏挂屏处的温度计算该传导屏的挂屏位置；
S5：将当前第i+1块传导屏挂屏处的温度Ti+1与所述液氦容器外壳温度Tf进行比较，判断所述Ti+1是否大于等于所述Tf，如是，转至步骤S6；如否，转至步骤S4，计算第i+2块传导屏挂屏处的温度；
S6：基于所述第1～i块传导屏的挂屏位置，计算预估颈管总长；
S7：将所述预估颈管总长与实际颈管总长进行比较，判断所述预估颈管总长与所述实际颈管总长是否匹配，如是，转至步骤S8；如否，转至步骤S3，调整所述换热比例系数R的值；直至预估颈管总长与所述实际颈管总长匹配；
S8：基于所述各块传导屏的挂屏位置，得到所述液氦容器的最佳屏位。


2.如权利要求1所述的用于确定多屏绝热液氦容器最佳屏位的方法，其特征在于，所述计算通过所述液氦容器瓶塞底面对液氦的辐射传热量，包括按照如下公式(1)计算得到所述辐射传热量：



式中，所述σ为辐射常数，所述ε为瓶塞底面的辐射率，所述F为辐射角系数，所述S为瓶塞底部的面积，Td为瓶塞底部的温度，T0为液氦的温度。


3.如权利要求2所述的用于确定多屏绝热液氦容器最佳屏位的方法，其特征在于，所述计算通过所述液氦容器瓶塞底面以氦蒸汽传导给液面的导热量，包括按照如下公式(2)计算得到所述导热量：
QG＝λeS(Td-T0)/(L-L0)；(2)
式中，所述λe为氦蒸气当量热导率，所述L为实际颈管总长，所述L0为瓶塞的长度。


4.如权利要求3所述的用于确定多屏绝热液氦容器最佳屏位的方法，其特征在于，所述根据所述蒸发率m、所述换热比例系数R，所述辐射传热量以及所述导热量，依次计算所述液氦容器从内到外各块传导屏挂屏处的温度，包括按照如下公式(3)计算第1块传导屏挂屏处的温度：



式中，所述Lb为液氦蒸发的气化潜热，所述ε0为所述第1块传导屏与内胆的辐射率，S0为所述内胆外表面的总面积，ΔT为传导屏温度与挂屏位置处温度的温差；T1-ΔT即为所述第1块传导屏的屏温；
在已求得第i块屏挂屏处的温度后，所述i大于等于1，第i+1块屏的挂屏处温度，根据如下公式(4)计算：



式中，所述Hi为第i块传导屏的挂屏处温度下氦的焓值，H0为饱和氦气的焓值，εi为第i+1块传导屏与第i块传导屏之间的辐射率，Si为第i块传导屏的总面积，Ti为第i块传导屏挂屏处温度。


5.如权利要求4所述的用于确定多屏绝热液氦容器最佳屏位的方法，其特征在于，所述根据所述传导屏挂屏处的温度计算该传导屏的挂...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐烈，孙恒，
申请(专利权)人：重庆贝纳吉超低温应用技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50