Page 44 - 《真空与低温》2025年第5期

金树峰等：大型液氢球罐预冷过程影响因素分析 583

35 匀性未呈现明显变化规律；超过临界值后，在降温
3.2 m
30 4.2 m 方面前者占据主导，增加喷嘴数量可提高降温速率，
5.2 m 但在预冷均匀性方面后者占据主导，喷嘴数量增多
壁面最大温差/K 20 会导致壁面最大温差增大，均匀性变差。因此，在选
25

择喷嘴数量时，需结合实际工程情况和需求，根据
15
10

5 预冷质量与预冷效率的要求确定合适的喷嘴数量。

45
0 40 4 6
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 8
时间/h 12
16
30
图 11 不同喷淋环直径下壁面最大温差随时间变化 壁面最大温差/K 35 20
25
Fig. 11 Maximum wall temperature difference over at 20
different diameter of spray ring time 15

10
2.2.2 喷嘴数量的影响 5
图 12 为不同喷嘴数量下球罐温度随时间变化 0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
曲线，当喷嘴数量为 4、6、8 时，球罐降温速率无明显 时间/h
变化规律；当喷嘴数量为 12、16、18 时，降温速率与
图 13 不同喷嘴数量时壁面最大温差随时间变化
喷嘴数量呈正相关，增加喷嘴数量可提高降温速率。 Fig. 13 Maximum wall temperature difference at different

290 4 4 10 nozzle number over time
280 6 6 8 9
270 8 12 12 8 2.2.3 出口位置的影响
260 16 16 图 14 为不同出口位置下球罐温度随时间变化
20 20 7
温度/K 250 6 温降速率/ （K·h −1 ） 曲线，球罐降温速率随着出口位置距球罐中轴线距
240
230
220 5 离 的 增 加 呈 先 减 后 增 趋 势， 出 口 位 置 距 中 轴 线
210 4.0 m 时球罐降温速率最快，2.4 m 时次之，3.2 m 时
200 4
190 3 最慢。
180
0 5 10 15 10
时间/h 290 2.4 m
3.2 m 9
280 4.0 m
图 12 不同喷嘴数量时球罐温度及降温速率变化 270 2.4 m 8
3.2 m
Fig. 12 Spherical tank temperature and temperature drop rate 4.0 m 7
250
change at different nozzle number 温度/K 260 6 温降速率/ （K·h −1 ）
240
不同喷嘴数量下壁面最大温差随时间变化如 230 5
220
图 13 所示，喷嘴数量为 4、6、8 时，壁面最大温差 210 4
无明显变化；喷嘴数量为 12、16、18 时，壁面最大 200 3
0 5 10 15
温差与喷嘴数量呈正相关，喷嘴数量增多使得壁面 时间/h
最大温差增大，预冷均匀性降低。当喷淋直径一定
图 14 出口位置变化时球罐温度及降温速率变化
时，增加喷嘴数量，可以使预冷介质在空间分布更加
Fig. 14 Spherical tank temperature and temperature drop rate
均匀，促进罐内流体流动，提高降温速率和预冷均
change at different outlet position
匀性；但另一方面，增加喷嘴数量会导致喷嘴间距
减小，低温 BOG 之间的相互干扰增强，罐内流体动 不同出口位置下壁面最大温差随时间变化如
能衰减加快，不利于流体的流动与扩散，削弱降温 图 15 所示，壁面最大温差同样随着出口位置距中
效果并加剧预冷不均匀性。喷嘴数量对预冷的影 轴线距离的增加呈先减后增趋势，出口位置距球罐
响存在临界值（12 个），低于临界值时，球罐预冷受 中 轴线 4.0 m 壁 面 最 大 温 差 值 最 大 ， 2.4 m 次 之 ，
上述两种因素的影响程度相近，降温速率与预冷均 3.2 m 时最小，壁面最大温差与降温速率基本上呈