低温环境模拟舱室的热设计、控制分析与降温试验

低温环境模拟舱室的热设计、控制分析与降温试验本文涉及的低温环境模拟舱室(设计温度-205℃～+100℃),是能为某些装置或部件提供低温环境下进行试验工作的密闭舱室,该舱室具有较大的内部空间和优良的绝热保温性能,并且在工作状态下,舱室内部充有一定量的氦气,以增强内部的传热性能、加快降温速率。

低温舱室应用最多的是低温真空舱室,由于该种类型的舱室内部处于高真空环境,因此舱室内部真空绝热的保护。

如果所需求的低温舱室要在非真空状态下工作,那么舱室内外筒体连接构件的漏热就是一个最关键的问题。

在该类低温舱室的设计过程中,如何尽可能地减少通过舱室结构的漏热量,是热设计过程中的重点及难点。

本文通过对低温环境模拟舱室的漏热较大部分:门封和内外筒体间的连接通道进行了结构设计与搭接液氮管路的优化,减少漏热量。

对舱室热沉氦气管路进行了热计算,确定了结构的合理性;对低温下稳定工作状态中的舱室进行漏热分析,包括舱室主体真空绝热层的漏热、端面通道的漏热、内外筒体间支撑结构的漏热、通过门封结构的漏热、通过低温工质管道的漏热。

根据低温环境模拟舱室的功能与目的,分析了低温环境模拟舱室的循环工作原理,依据目标温度划分其工作流程,包括目标温度85K以下恒温控制流程、目标温度85K-150K恒温控制流程、目标温度150K-室温恒温控制流程、目标温度室温-100℃恒温控制流程和复温控制流程。

根据控制要求对可编程逻辑控制器PLC 进行了选型设计。

对低温环境模拟舱室进行的内部热沉降温试验,证明低温非真空舱室内部在降温速率上相对于低温真空舱室的优越性,空间内部充入氦气能大大提高空间内的换热性能;并且初步证明舱室热设计的合理性。