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來源:Frontiers in Energy 發布時間:2021/5/21 15:32:41
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FIE科研進展| 一種由玻璃微珠與自蒸發氣冷屏組成的新型液氫貯箱復合被動絕熱系統

論文標題:A novel cryogenic insulation system of hollow glass microspheres and self-evaporation vapor-cooled shield for liquid hydrogen storage (一種由玻璃微珠與自蒸發氣冷屏組成的新型液氫貯箱復合被動絕熱系統)

期刊:Frontiers in Energy

作者:Jianpeng ZHENG(鄭建朋), Liubiao CHEN(陳六彪), Ping WANG(王平), Jingjie ZHANG(張敬杰), Junjie WANG(王俊杰), Yuan ZHOU(周遠)

發表時間:

DOI:10.1007/s11708-019-0642-y

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液氫由于儲能密度高而受到廣泛關注。由于液氫沸點低(20 K),蒸發損失是其貯存過程中面臨的一個突出問題,因而高效絕熱技術是目前液氫貯存研究中的一個重要關注點。玻璃微珠由于表觀熱導率低,安裝速度快(與多層材料相比,可以在短時間內注入)和維護簡單等特點,成為一種有應用前景的絕熱材料。本文提出一種由玻璃微珠和自蒸發氣冷屏組成的新型低溫絕熱系統。建立了一個復合被動絕熱模型對玻璃微珠和自蒸發氣冷屏的耦合傳熱特性進行分析。結果表明,組合使用玻璃微珠和自蒸發氣冷屏可以有效減少液氫貯箱的漏熱。當冷屏數量從1個增加到3個,貯箱漏熱分別減少了57.36%,65.29%和68.21%。玻璃微珠的另一個顯著優點是其絕熱性能對真空度的變化不敏感。當真空度從10−3 Pa升高到1 Pa時,貯箱漏熱增加只有約20%。當真空度從10−3 Pa升高到100 Pa時,與單一使用玻璃微珠方式相比,組合使用玻璃微珠和冷屏的方式可以使漏熱降低58.08%–69.84%。

Fig.1 Schematic of the proposed novel composite insulation system.

ABSTRACT

Liquid hydrogen (LH2) attracts widespread attention because of its highest energy storage density. However, evaporation loss is a serious problem in LH2 storage due to the low boiling point (20 K). Efficient insulation technology is an important issue in the study of LH2 storage. Hollow glass microspheres (HGMs) is a potential promising thermal insulation material because of its low apparent thermal conductivity, fast installation (Compared with multi-layer insulation, it can be injected in a short time.), and easy maintenance. A novel cryogenic insulation system consisting of HGMs and a self-evaporating vapor-cooled shield (VCS) is proposed for storage of LH2. A thermodynamic model has been established to analyze the coupled heat transfer characteristics of HGMs and VCS in the composite insulation system. The results show that the combination of HGMs and VCS can effectively reduce heat flux into the LH2 tank. With the increase of VCS number from 1 to 3, the minimum heat flux through HGMs decreases by 57.36%, 65.29%, and 68.21%, respectively. Another significant advantage of HGMs is that their thermal insulation properties are not sensitive to ambient vacuum change. When ambient vacuum rises from 10−3 Pa to 1 Pa, the heat flux into the LH2 tank increases by approximately 20%. When the vacuum rises from 10−3Pa to 100 Pa, the combination of VCS and HGMs reduces the heat flux into the tank by 58.08%–69.84% compared with pure HGMs.

Keywords liquid hydrogen storage(液氫貯存), hollow glass microspheres (HGMs)(玻璃微珠), self-evaporation vapor-cooled shield (VCS)(自蒸發氣冷屏), thermodynamic optimization(熱力學優化)

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由教育部主管、高等教育出版社主辦的《前沿》(Frontiers)系列英文學術期刊,于2006年正式創刊,以網絡版和印刷版向全球發行。系列期刊包括基礎科學、生命科學、工程技術和人文社會科學四個主題,是我國覆蓋學科最廣泛的英文學術期刊群,其中13種被SCI收錄,其他也被A&HCI、Ei、MEDLINE或相應學科國際權威檢索系統收錄,具有一定的國際學術影響力。系列期刊采用在線優先出版方式,保證文章以最快速度發表。

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