Page 60 - 《真空与低温》2026年第2期

张荣达等：液氢贮箱加注-保持-排气式预冷特性及影响因素研究 179

闪蒸 未闪蒸 阶段出现过渡沸腾，随后逐渐转变为以过渡沸腾
250 250
壁面温度 为主。并且，各 CHV 预冷周期内液壁间换热集中
箱内压力
200 发生在加注阶段，该阶段预冷全程以膜沸腾传热为
245 主，平均时间占比达 91%，随着预冷周期不断推进，
壁面温度/K 240 150 箱内压力/kPa 液壁间温差逐渐缩小，在第六次周期内加注阶

段沸腾传热逐渐从膜态转变为过渡沸腾；对保持
100
235 阶段而言，仅有少量还未完全蒸发的残留升温液
50
加注 保持 排气 氢与壁面接触，液壁间温差较同一周期的加注阶
230 0 段会显著缩小，以过渡沸腾为主，平均时间占比
0 60 120 180 240 300 360
时间/s 达 70%。

图 4 CHV 预冷周期的壁面温度及箱内压力变化

Fig. 4 Changes in wall temperature and tank pressure during 100
the first cycle of CHV chilldown
80
周期膜态沸腾
图 5 展示了液氢贮箱 CHV 预冷各周期排气前 60 周期过渡沸腾
气壁温差及箱内压力。可知前两次周期在排气前 时间占比/% 加注膜态沸腾
加注过渡沸腾
未达到最小气壁温差限值，箱内压力接近最大压力 40 保持膜态沸腾
保持过渡沸腾
限值，往后各周期排气前气壁温差均达到最小限 20
值，箱内压力也逐渐减小。这是因为 CHV 预冷前
0
期液壁间温差过大，加注液体进入贮箱后会迅速蒸
发，进而导致箱压骤增。这也说明了 CHV 预冷前 0 1 2 3 4 5 6 7 8
CHV预冷周期
期无法充分利用低温流体冷却能力，还更易引发超
压风险。 图 6 各 CHV 预冷周期沸腾传热类型时间占比
Fig. 6 Time share of boiling heat transfer type for each CHV

60 290 cycles of tank chilldown
气壁温差
箱内压力
p max =250 kPa 250 3 贮箱 预冷影响因素分析
45 200 CHV
气壁温差/K 30 150 箱内压力/kPa 3.1 加注质量流速
保持贮箱结构、初始物性、重力条件以及其

15 T uwmin =12 K 余预冷限值与特性分析工况一致，对加注质量流速
100 分 别为 0.01 kg/s、 0.03 kg/s、 0.05 kg/s、 0.07 kg/s 及
0.09 kg/s 的工况进行模拟计算，得到不同加注质量
0 50
1 2 3 4 5 6 7 8 流速下贮箱预冷性能，如图 7 所示。由图 7（a）可
CHV预冷周期
知，随着加注质量流速增加，预冷消耗时间显著降
图 5 各 CHV 预冷周期排气前气壁温差及箱内压力 低，消耗质量波动幅度较小；当质量流速过低为
Fig. 5 Temperature difference between gas and wall and tank
0.01 kg/s 时，预冷消耗时间及质量均偏高，预冷性
pressure at different CHV cycles of chilldown before venting
能差。结合图 7（b）可知，质量流速主要影响预冷
2.2 沸腾传热特性 周期内加注阶段壁温冷却速率，随着质量流速增加，
图 6 为液氢贮箱预冷过程中各 CHV 周期以及 该阶段壁温降温曲线变陡，质量流速从 0.01 kg/s 增
各周期内加注及保持阶段的沸腾传热具体类型 加至 0.05 kg/s 时冷却速率显著提升 4.9 倍。因此，
时间占比。可知贮箱预冷前期以膜态沸腾为主，时 针对本文工况更推荐中间流速 0.05 kg/s 进行加注，
间占比超 76%，前两个 CHV 周期内全部为膜沸腾， 该流速既可缩短预冷时间，又没有引入过多质量
从第三个周期开始，因各周期内耗时较长的保持 消耗。