液氢储罐真空多层绝热结构的连续变密度优化及性能分析

李科; 谢昊琳; 冯莉; 文键

西安交通大学学报 ›› 2025, Vol. 59 ›› Issue (3) : 57 -66.

李科, 谢昊琳, 冯莉, 文键

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摘要

为实现液氢储罐中真空多层绝热结构更优异的绝热性能，在以往三密度区或四密度区的基础上，提出了一种绝热结构逐层连续变密度优化方法，对其辐射屏层间距布置进行优化。确定了耦合蒸气冷却屏（VCS）和VCS内引入仲正转化后的最优层间距布置，分析了连续变密度优化对温度和热流密度分布的影响，并与采用分段变密度方法的结果进行了对比。结果表明：在绝热结构总厚度一定的情况下，优化后冷边界附近的屏间距显著增加，从而降低了冷边界附近的固体导热和热边界附近的辐射换热。对于仅耦合VCS的绝热结构，当VCS设置在第3层辐射屏时，优化效果最显著，最小热流密度从0.249 2 W·m^-2降至0.208 8 W·m^-2,降幅达16.2%;优化后VCS最佳安装位置从第18层调整至第14层，相对位置从0.51移至0.56。当VCS内引入仲正转化时，VCS在第2层辐射屏时优化效果最为显著，热流密度较优化前降低了22.0%。研究了连续变密度优化方法对绝热性能的影响规律，为多层绝热结构的变密度优化设计提供支撑。