介绍
由于低温容器比高压气瓶可以储存更多的气体且工作压力更低，因此许多设施使用低温容器来储存和运输不同的气体，例如液氮、液氧、液化天然气和液氢。低温容器的容量从数十升到数百升不等，储存液体的压力小于1.5兆帕。1 – 3
由于低温液体的温度低于120 K，因此必须在低温容器中储存和运输。环境和低温液体之间的温差相当大，由于低温容器的热泄漏，即使它们是超绝热的，每天也会导致低温液体产生约 1.5%–2.0% 的损失产物。4 – 6例如，氢因其高热值和零污染而被认为是下一代能源。然而，其储存温度达到20 K，每天造成大约2.0%–3.0%的产品损失。7低温容器每年必须进行一次损失积检验，以确定其绝热性能是否满足标准的要求，并对绝热性能进行评价并计算低温容器的热泄漏量。8 , 9如果性能满足标准，则低温容器可以安全使用。否则，将需要维护。利用对流换热研究低温容器的热泄漏，实现了利用低液位测试数据评估热泄漏的半实验半分析方法，以节省工质。然而，误差约为10%。10如果在低温液体的储存和运输过程中，低温容器的所有阀门都关闭，那么容器的压力会因为热泄漏而随着时间的推移而持续升高，这称为自增压。为了探索压力的增加速率，在不同液位下研究了自增压过程。结果表明，随着热泄漏量的增加，压力的增加速度也很快。11 , 12对低温容器的绝热材料和结构进行研究，建立相应的热泄漏计算模型。此外，它们的隔热性能在不同厚度、结构和真空条件下进行了测试，以选择最佳结构并支持低温容器的设计。13
为了模拟不同液位的热泄漏，数值和实验研究研究了低温容器的传热过程。14 – 20人们已经开发了多种计算流体动力学(CFD) 模型来精确预测低温液体储存过程中的热泄漏和损失产物。14在低温容器的优化设计中，利用高保真物理 CFD 对绝热系统的传热和多相热流的相移进行了建模，与温度曲线结果吻合良好。15低温容器的热泄漏已经在不同液位下进行了实验测试。结果表明，随着液位的降低，热泄漏减少。这意味着低温液体可以在低液位下长期储存。16 , 17对于大型液化天然气储罐，已经开发了一种装置来研究热通量、液体分层和混合物成分对低温容器的影响。结果表明，损失积可以量化为热通量、压力和液体体积的函数。18一些研究采用CFD和实验来研究低温容器中的热交换过程。结果表明，气体是不饱和的，其温度随着气体到气液界面的高度的升高而升高。19 , 20
根据之前的研究，损失积的潜热被认为代表了低温容器的热泄漏，这意味着损失积已经饱和，并且在扩散到气体中时不会吸收任何泄漏的热。然而，CFD分析和实验表明，气体并未饱和，其温度超过了饱和温度，表明损耗积未饱和，并且在扩散到低温容器气体中时吸热。
因此，在低温容器的储存过程中，损失积从气液界面扩散到气相，引起其焓变。在这项研究中，我们通过考虑损失产物的扩散和气体的温度分布，提出了低温容器在储存过程中的实际热泄漏。在下面的部分中，我们将通过损失产物测试和存储过程来分析传热过程。此外，建立了气体和液体的能量方程来研究低温容器中的实际热泄漏，证明实际热泄漏包括焓变和损失产物的潜热。在“实验”部分中，进行了实验，计算了实际的热泄漏，以确认焓变是不可缺少的组成部分的发现，特别是在低液位时。“结果和讨论”部分表明，除了潜热之外，在确定低温容器的热泄漏时还必须考虑损失积的焓变。而且，当液位比为85%时，其与潜热的比例约为12%。
物理模型
目前，ISO等标准中通过计算低温容器的热泄漏来评价绝热性能，即损失积的潜热。8低温容器的损耗积测试如下。首先，当排气阀打开时，通过排出气体，低温容器的压力与大气压力相匹配。然后，在排气阀保持打开的情况下，测试系统需要 48 小时来平衡压力和温度。最后，将质量流量计连接到阀门后面的排气管，对低温容器的损失产物进行24小时的测试。图1显示测试模型。在测试过程中，低温容器充满低温液体和气体。值得注意的是，液体的质量可以通过其液位计来确定。

图1。损耗积测试实验设备。
进行下节中提到的分析需要以下假设：
(1)液体处于饱和状态，由于试验过程中大气压必须恒定，因此其温度保持恒定。
(2) 低温容器中热泄漏的唯一来源是环境。
(3)液体不可压缩，在试验过程中其密度略有变化。
(4)容器内气体温度分布呈线性。
传热分析
如图1所示，在测试过程中，热量从环境传递到低温容器的液体和气体，导致部分液体蒸发成气体，在气液界面形成损失积。然后，损失产物流出容器，并通过质量流量计获得其体积率。

焓变
在损耗积测试中，由于低温容器的压力与几乎恒定的大气压力相匹配，因此气体的饱和焓h v是恒定的，并且由低温液体的热物理性质获得。参数ha与T a成正比，由气体在T a上的热物理性质得到。然后，计算损失积的焓变。
如果低温容器中存在大量液体，则低温容器中存在大量低温液体。液位高，低温容器的实际漏热也高。但低温容器内气体微量少，平均气体温度T a较低，高液位时损失积的焓变也较低。如果低温容器中存在少量液体，则低温容器中存在少量的低温液体。液位低，低温容器的实际热泄漏也低。但低温容器内气体较多，气体平均温度T a较高，并且在低液位时损失产物的焓变也较高。同时，无论液位是否高，低温容器内的平均气体温度都会超过饱和温度。
实验
实验设备设计用于测量损耗积，如图1和图3所示。介质是液氮。低温容器容积为180L，内外壁材质为SA 304。内容器直径为450mm，长度为950mm，椭圆封头高度为130mm。真空夹层中存在多层绝缘材料。加压罐采用约1.0×10 -2  Pa的真空进行绝热。根据ISO标准在不同液位下完成损失积测试，以探究低温容器的热泄漏情况。20测试选择了三种不同的初始液位比例：51.4%、70.2%和86.1%。容器中央设置了17个热电偶，用于采集温度并获得低温容器内的温度分布。为了提高测量精度，热电偶在使用前必须进行校准。液体的初始量可以使用液位计来确定。液氮通过液体入口阀进入低温容器，而质量流量计安装在排气阀处。

结果与讨论
根据图3和图3中的数据，使用方程(11) –( 23 )确定参数a、Ta 、 Q L、Q G、Q W以及焓变和潜热与实际漏热的比率。4 . 图 5至图 7总结了研究结果。
图6显示了测试中的a和T a 。参数a随着液位升高而增大，而T a则减小。这表明由于低温容器内存在大量液氮，因此在高液位时T a较低。同时，液氮的温度在系统中最低，导致低温容器内气体的平均温度较低，而a较高，表明气体体积较小，但温度却大大降低。

在51.4%液位时，实际漏热量为4.27 W，潜热为3.66 W，焓变为0.61 W，占实际漏热量的百分比为14.3%。然而，当前的测试方法中省略了0.61 W的焓变。因此，焓变是低温容器热泄漏的重要组成部分。液位86.1%时，实际漏热量为4.51 W，潜热为4.02 W，焓变为0.49 W，占实际漏热量的百分比为10.9%，小于0.61和0.57 W分别为 51.4% 和 70. 2% 液位。因此，随着液位的增加，焓变减小。此外，在86.1%液位时实际热泄漏为4.51W，超过了51.4%液位时的4.27W。这与之前的分析一致，即实际的热泄漏随着液位的上升而上升。这些发现表明，实际热泄漏和潜热都随着液位的升高而升高，而焓变则降低。值得注意的是，焓变是总热泄漏的重要组成部分，在低温容器储存期间不应被忽视。
这些结果表明，如果忽略损失积的焓变，现有方法中的热泄漏不能反映被测低温容器的真实绝热性能。损失积的焓变由T a决定，随着液位的升高，T a 减小，因为液位高时气体所占体积较小，温度较低，导致Q G减小，而Q L和Q W均增大随着液位上升。
结论
根据低温容器在储存过程中实际漏热情况的测试和讨论，可以得出以下结论：
(1)低温容器在储存过程中的实际漏热可分为两部分：潜热和损失积的焓变。
(2)储存过程中蒸发的液体从气液界面扩散到低温容器气相空间时发生焓变。
(3)由于平均气体温度随液位升高而下降，因此焓变减小。