液氫溫區(qū)真空多層絕熱材料研究進(jìn)展

高云飛 王 博* 王浩任 孫 瀟 李睿澤徐 旭 王智化 甘智華

（中國計(jì)量大學(xué)計(jì)量測試工程學(xué)院 杭州 310018）

（浙江大學(xué)城市學(xué)院低溫中心 杭州 310015）

（浙江大學(xué)制冷與低溫研究所浙江省制冷與低溫技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 杭州 310027）

（浙江大學(xué)能源清潔利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 杭州 310027）

1 引言

隨著人類社會(huì)的快速發(fā)展,全球平均溫度升高的趨勢越來越嚴(yán)重,盡管世界各國在過去的幾十年中為抑制全球平均溫度增長做出了大量的努力,但是全球變暖的速度仍在增加。根據(jù)世界氣象組織（World Meteorological Organization,WMO）的預(yù)測,全球年平均溫度可能在未來5 年每年至少比工業(yè)化前的升高1 ℃,很可能在0.91—1.59 ℃的范圍內(nèi)[1]。為實(shí)現(xiàn)《巴黎氣候變化協(xié)定》的目標(biāo),采用清潔能源及更新現(xiàn)有能源基礎(chǔ)設(shè)施勢在必行。

2020 年在聯(lián)合國生物多樣性峰會(huì)上,習(xí)近平主席提出:中國二氧化碳排放力爭在2030 年前達(dá)到峰值,努力爭取在2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和。要實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”和“碳中和”的目標(biāo),使用包括天然氣和氫氣在內(nèi)的清潔能源是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。根據(jù)英國石油公司2020 年世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒結(jié)果,中國可再生能源消費(fèi)只占全國能源消費(fèi)總量的4.68%。由于天然氣資源短缺,中國需進(jìn)口大量天然氣,而氫能作為清潔能源具有能量密度高、成本低、無污染等優(yōu)點(diǎn),有望成為汽車、輪船和火車等城市交通工具的動(dòng)力源[2],所以氫能在實(shí)現(xiàn)雙碳戰(zhàn)略目標(biāo)和保障中國能源安全方面具有重要意義。

安全儲(chǔ)存和經(jīng)濟(jì)運(yùn)輸是氫能大規(guī)模使用的關(guān)鍵。目前氫氣的儲(chǔ)運(yùn)主要有4 種方式:高壓氫氣儲(chǔ)氫、金屬化合物儲(chǔ)氫、物理吸附式儲(chǔ)氫和低溫液化儲(chǔ)氫。不同儲(chǔ)運(yùn)方式的相關(guān)參數(shù)對(duì)比如表1 所示。

表1 不同氫存儲(chǔ)方式比較[3]Table 1 Comparison of different hydrogen storage methods[3]

根據(jù)表1 可以看出,在系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性上,液化存儲(chǔ)比其它3 種方法更有優(yōu)勢,同時(shí)液氫具有更高的能量密度,但是,氫的物理化學(xué)特性也給液化存儲(chǔ)提出了一些技術(shù)挑戰(zhàn),液氫在1 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的沸點(diǎn)為20.2 K,具有沸點(diǎn)低潛熱小的特點(diǎn),少量的熱量就會(huì)引起儲(chǔ)罐內(nèi)液氫蒸發(fā)、沸騰。與液態(tài)天然氣相似液氫具有易燃易爆的性質(zhì),還可能帶來燃燒或蒸汽爆炸的風(fēng)險(xiǎn),所以低溫高效絕熱對(duì)液氫的儲(chǔ)存和安全使用至關(guān)重要。

為防止液氫儲(chǔ)罐過壓,同時(shí)盡量延長無損存儲(chǔ)時(shí)間,需要盡可能減少從環(huán)境向液氫儲(chǔ)罐的漏熱。圖1 給出了幾種常見絕熱材料在77—300 K 條件下的表觀導(dǎo)熱系數(shù),從圖中可以看出多層材料（Multilayer insulation,MLI）具有最好的絕熱性能,其表觀導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)10-6—10-4W/（m·K）,是目前絕熱性能最好的絕熱材料[4]。多層材料由低發(fā)射率的輻射屏和低導(dǎo)熱系數(shù)的間隔物交替排列組合而成,輻射屏通常為金屬鍍膜（鋁、銀、或金）,間隔物通常為纖維紙、滌綸和編織物,采用低發(fā)射率的輻射屏可以大幅度降低輻射熱量,低導(dǎo)熱系數(shù)的間隔物用以減少導(dǎo)熱量。

圖1 不同絕熱方式的平均表觀導(dǎo)熱系數(shù)[4]Fig.1 Average apparent thermal conductivity of various thermal insulation methods[4]

2 多層材料絕熱性能測試系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

表觀導(dǎo)熱系數(shù)是目前最直觀,也是最常用的表征多層材料絕熱性能的指標(biāo)。目前多層材料表觀導(dǎo)熱系數(shù)的研究方法主要有兩個(gè):一個(gè)是根據(jù)規(guī)范,搭建試驗(yàn)臺(tái),利用實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行準(zhǔn)確測量。另一個(gè)是使用合理的模型進(jìn)行計(jì)算或預(yù)測；根據(jù)冷端溫度和量熱方式等不同,表觀導(dǎo)熱系數(shù)的實(shí)驗(yàn)測試系統(tǒng)可以分為兩類:基于低溫液體蒸發(fā)的濕式量熱法和基于制冷機(jī)的干式量熱法。

2.1 基于低溫液體蒸發(fā)的濕式量熱法

基于低溫液體蒸發(fā)的濕式量熱法起源于20 世紀(jì)初,目前仍然是測試絕熱材料絕熱性能最常用的方法之一。它是一種在固定環(huán)境條件（邊界溫度、冷真空壓力和殘余氣體成分等）下測定試樣表觀導(dǎo)熱系數(shù)和熱流密度的測量方法[7]。利用低溫液體（通常是液氮,根據(jù)使用條件也可以使用液氦、液體甲烷、液氫）提供冷端溫度,并使用其汽化熱來測量系統(tǒng)的漏熱量,這種方法可以較為直觀準(zhǔn)確地測量通過絕熱材料的漏熱量。表2 給出了當(dāng)前基于低溫液體蒸發(fā)的濕式量熱測試系統(tǒng)的主要研究進(jìn)展,具體包括其結(jié)構(gòu)形式、溫控方式,量熱方法和測量范圍等。

表2 基于液體蒸發(fā)濕式量熱法實(shí)驗(yàn)裝置統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistics of heat calorimetry using cryogenic liquid

根據(jù)包裹多層材料的方式不同,當(dāng)前多層材料絕熱系統(tǒng)測試量熱器測試膽的結(jié)構(gòu)形狀主要有3種:圓筒形[7-9]、平板形[10-13,17-18]和橢球形[14-16],其結(jié)構(gòu)如圖2 所示。平板形量熱器在真空腔中固定兩個(gè)平行平板,兩板之間均勻鋪設(shè)多層材料,冷熱端溫度分別由低溫液體和加熱器維持。這種形狀的結(jié)構(gòu)簡單,但測量面積小,誤差大,結(jié)構(gòu)如圖2a 所示；橢球形、圓筒形量熱器分別如圖2b 和圖2c 所示,在圓筒形或橢球形的測試膽內(nèi)加注低溫液體保持溫度,在測試膽外側(cè)包裹多層材料。這兩種結(jié)構(gòu)更符合大多數(shù)實(shí)際應(yīng)用,包括儲(chǔ)罐和管道等[7]。其中,橢球形結(jié)構(gòu)加工更加困難,包裹多層材料時(shí)也更加復(fù)雜；圓筒形結(jié)構(gòu)在減?。ㄉ踔料┎槐匾妮S向傳熱傳或“端部效應(yīng)”方面更為有效,所以更加常用。

圖2 不同形狀的多層絕熱測試系統(tǒng)[15,17,28]Fig.2 Multilayer insulation test system with different shapes[15,17,28]

以液氮溫區(qū)為例,基于低溫液體的蒸發(fā)量熱法是在測試膽中灌注液氮保持冷端溫度為大約77 K,再用一個(gè)加熱系統(tǒng)控制熱端溫度在大約300K 左右。典型的圓筒型蒸發(fā)量熱器是美國國家宇航局（National Aeronautics and Space Administration,NASA）制造的Cryostat-100[7,27],結(jié)構(gòu)如圖2c 所示,灌注液氮的圓筒形測試膽側(cè)面包裹多層材料,上下各有一個(gè)保護(hù)膽隔絕軸向傳熱,每個(gè)腔膽內(nèi)壁面都與液氮直接換熱保持穩(wěn)定溫度。此外,浙江大學(xué)[20-21]、上海交通大學(xué)[19]和中國科學(xué)院[14-16]也搭建了基于低溫液體蒸發(fā)的濕式量熱器。肖華等[26]改用液氦作為制冷工質(zhì)控制冷端溫度并以其蒸發(fā)量來表征漏熱量,如圖3a 所示,量熱器的測試膽充注液氦將溫度控制在大約4 K,熱端使用液氮冷屏保持在77 K 左右。Thomas 和Christoph 等[22-25]利用換熱器讓低溫氦氣與測試膽進(jìn)行換熱,可將冷端溫度控制在30—110 K,整體結(jié)構(gòu)圖如圖3b 所示。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看,入口溫度和出口溫度溫差較大,顯然這種方式的冷端溫度穩(wěn)定性不如使用低溫液體的方案,但其優(yōu)勢是冷端溫度可以在一定范圍內(nèi)調(diào)控改變。

圖3 基于蒸發(fā)量熱的濕式量熱法[23,26,29]Fig.3 Schematics of heat calorimetry using cryogenic liquids[23,26,29]

2.2 基于制冷機(jī)的干式量熱法

基于制冷機(jī)的干式量熱法通過一臺(tái)或多臺(tái)制冷機(jī)控制冷端溫度,在制冷機(jī)冷頭和測試腔之間使用固體材料連接,根據(jù)傅里葉定律,標(biāo)定固體材料的導(dǎo)熱系數(shù),并測量穩(wěn)態(tài)情況下固體材料兩端的溫差來求得通過多層材料的漏熱量。這種方式避免了使用低溫液體,不需要在實(shí)驗(yàn)過程中補(bǔ)充液體,簡化了實(shí)驗(yàn)步驟；另外也避免了低溫液體帶來的成本問題和安全問題。表3 統(tǒng)計(jì)了基于制冷機(jī)的干式量熱器測試系統(tǒng)的主要研究進(jìn)展,具體包括其結(jié)構(gòu)形式、溫控方式,量熱方案和測量范圍等。從表3 可以看出,基于制冷機(jī)的干式量熱法都采用了使用面積更大的圓筒形結(jié)構(gòu),量熱方式也都采用固體材料導(dǎo)熱的方式進(jìn)行,不同的是固體材料的形狀和制冷機(jī)的布置方式等。

表3 基于制冷機(jī)的干式量熱器測試系統(tǒng)研究進(jìn)展Table 3 Statistics of and cryogen-free calorimetry using cryocoolers

在溫度控制方式上,典型的基于制冷機(jī)的量熱器是Celik 和Hurd[29-33]等研制的MIKE（Multilayer Insulation Thermal Conductivity Experiment,MIKE）,如圖4a 所示,該系統(tǒng)使用兩臺(tái)GM 制冷機(jī),一臺(tái)用于控制熱腔溫度,另一臺(tái)用于控制冷腔和輻射罩溫度,輻射罩是用于代替保護(hù)膽用于防止軸向傳熱的結(jié)構(gòu)。如圖4b 所示,Thomas 和Christoph 等[35]將制冷機(jī)兩個(gè)冷頭都設(shè)置在腔體內(nèi)部,一級(jí)、二級(jí)冷頭分別用于維持熱腔和冷腔溫度。這種情況下無法設(shè)置輻射罩,雖然結(jié)構(gòu)更簡單,但圓筒上下兩個(gè)面增加了包裹多層材料的難度。David 和Wesley 等[36-38]設(shè)計(jì)的CoMPACT（Calorimeter for the Measurement of thermal Performance At Cryogenic Temperature,CoMPACT）采用3 臺(tái)制冷機(jī),分別控制熱腔溫度、冷腔溫度和上下輻射屏的溫度,結(jié)構(gòu)如圖4c 所示,這樣的結(jié)構(gòu)更方便獨(dú)立調(diào)節(jié)溫度,解決了一臺(tái)制冷機(jī)調(diào)控多個(gè)結(jié)構(gòu)時(shí)無法兼顧的弊端。

圖4 基于低溫制冷機(jī)的干式量熱法[25,26,29,35,37]Fig.4 Cryogen-free calorimetry using cryocoolers with different temperature control methods[25,26,29,35,37]

對(duì)于量熱方式,基于制冷機(jī)的量熱器一般會(huì)在冷腔與制冷機(jī)冷頭之間連接處設(shè)置熱連接支撐桿,支撐桿如圖5a 所示,MIKE 測量溫度時(shí)在支撐桿上下端各設(shè)置了一個(gè)溫度測點(diǎn),測量通過支撐桿的導(dǎo)熱熱量即為多層材料的漏熱量。與MIKE 不同的是,帝京大學(xué)[35]將制冷機(jī)的冷頭通過一個(gè)導(dǎo)熱環(huán)直接支撐冷腔和熱腔,如圖5b 所示,這種結(jié)構(gòu)減少了懸掛桿導(dǎo)熱漏熱對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響。David 和Wesley 等[36-38]采用與MIKE 類似的支撐桿計(jì)量熱量,不同的是,其布置了4個(gè)測點(diǎn)隨機(jī)使用兩個(gè),并進(jìn)行多次取平均值。這樣能避免導(dǎo)熱棒材料各向異性帶來的誤差。無論是使用支撐桿還是導(dǎo)熱環(huán),使用前都要根據(jù)冷熱端溫度選擇合適的材料并對(duì)不同溫度下的材料的導(dǎo)熱性能進(jìn)行校準(zhǔn)。

圖5 不同形式的導(dǎo)熱量熱方式[33,35]Fig.5 Different structures of calibration rods[33,35]

2.3 兩種量熱法的對(duì)比及液氫溫區(qū)多層材料絕熱性能數(shù)據(jù)

基于液體蒸發(fā)的濕式量熱法使用低溫液體以維持較為穩(wěn)定的冷端溫度,通過測量液體的蒸發(fā)量獲得系統(tǒng)的漏熱量,這種控溫方式和漏熱測量使用同一種介質(zhì)的方式更加準(zhǔn)確。但從另一個(gè)角度來看,低溫液體的沸點(diǎn)限制了測量時(shí)的冷端溫度。絕熱材料的使用條件并非都在此沸點(diǎn)溫度。另外,液氫和液氦在沸點(diǎn)下潛熱較小,且價(jià)格較高,在等待達(dá)到穩(wěn)態(tài)的長時(shí)間使用會(huì)使得測量的成本大大提升。液氫的使用還伴隨著巨大的安全隱患,這對(duì)實(shí)驗(yàn)條件提出了更高的要求。目前比較理想的解決方法是使用制冷機(jī)來代替低溫液體控制冷端溫度,這種方法雖然穩(wěn)定性稍有降低,但冷端溫度可以調(diào)控,另外還解決了安全隱患問題和成本問題等。

Based on the aforementioned results, we confirm the proposed photocatalytic mechanism for the degradation of MB dye using Zn2TiO4 nanoparticles as the photocatalyst in our experiment as follows (Eq. (1) to Eq. (6))[9].

近年來,在液氫高效存儲(chǔ)的驅(qū)動(dòng)下,使用基于制冷機(jī)的干式量熱法測量多層材料在低溫下的性能的量熱器有了長足的進(jìn)步。這種方法避免了使用低溫液體,不需要在測試過程中補(bǔ)充液體,簡化了實(shí)驗(yàn)步驟；另外也避免了低溫液體帶來的成本問題和安全問題。雖然基于制冷機(jī)的干式量熱法有許多優(yōu)點(diǎn),但這種量熱方式也存在一定問題,例如,MIKE 在77 K 對(duì)承重多層絕熱（Load-Bearing Multilayer Insulation,LBMLI）樣品的測量結(jié)果與肯尼迪航空中心的相同材料測量結(jié)果相差約100%,誤差來源仍不清晰。表4 統(tǒng)計(jì)了多層材料在液氫溫區(qū)的絕熱性能。如表4 所示:多層材料在液氫溫區(qū)的絕熱性能受到層數(shù)、層密度、接縫方式、冷熱端溫度真空度等條件的影響,其中層數(shù)需要根據(jù)實(shí)際需要選擇,層密度一般在4—30 層/cm,在這種條件下多層材料的熱流密度一般在0.5—2 W/m2的范圍內(nèi),表觀導(dǎo)熱系數(shù)一般在10-5W/（m·K）左右。

表4 多層材料液氫溫度絕熱性能統(tǒng)計(jì)Table 4 Statistics of performance of multilayer insulation materials at liquid hydrogen temperatures

3 多層絕熱材料當(dāng)前主要研究方向

對(duì)于多層絕熱材料而言,其性能的表征與測試的研究除了搭建試驗(yàn)臺(tái)對(duì)表觀導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行測試外,多層材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)、新型間隔物、輻射屏層材料絕熱性能計(jì)算模型等方面也是研究的重點(diǎn)。在這些研究共同推動(dòng)下,多層材料不斷向著絕熱性能更優(yōu)良、質(zhì)量更輕巧、應(yīng)用范圍更廣泛的方向發(fā)展。

在多層絕熱材料的表觀導(dǎo)熱系數(shù)測試方面,雖然測試系統(tǒng)的測量的結(jié)果更加精確可靠,但是由于實(shí)驗(yàn)要達(dá)到穩(wěn)態(tài),一般時(shí)間較長,另外影響多層絕熱材料的因素很多,測量點(diǎn)相對(duì)離散,很難兼顧到所有的環(huán)境條件。對(duì)于實(shí)際問題中某些未經(jīng)測量多層材料的絕熱性能,合理的計(jì)算模型是溝通實(shí)際使用條件和實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果之間的一座橋梁。近年來,關(guān)于多層絕熱材料的研究主要集中在真空度[7,27]、打孔方式[40]、層密度[41,42]、蒸汽冷卻屏（Vapor Cooled Shield,VCS）[43-45]、包扎方式[16,38]和不同間隔物[46-48]等方面,上述研究也為高精度計(jì)算模型的建立方面提供了大量的數(shù)據(jù)支持。

用于計(jì)算多層絕熱材料傳熱的經(jīng)典模型是洛克希德模型和層與層模型。Cunnington 和Tien 等[49]將多層絕熱看成一個(gè)連續(xù)均勻的介質(zhì),忽略輻射屏之間的熱阻,相鄰輻射屏之間的傳熱用微分而不是用差分來表示,建立了一個(gè)數(shù)學(xué)控制方程,給出了表征溫度與熱流關(guān)系的洛克希德模型。由于洛克希德模型是一個(gè)半經(jīng)驗(yàn)公式,故其只能計(jì)算出一個(gè)大概的范圍值,深入的理論分析很少有人研究。另外,由于該公式中使用的一些參數(shù)是經(jīng)驗(yàn)參數(shù)或宏觀數(shù)值,而且也不考慮這些參數(shù)值在厚度方向上的變化,所以該公式經(jīng)常適合于常規(guī)多層絕熱中,而不適用于層密度在厚度方向上發(fā)生變化的配置情況[50]。

層與層模型是McIntosh[51]針對(duì)相鄰兩層反射層之間的熱量傳遞分析,將多層絕熱材料每一層的傳熱分離為氣體導(dǎo)熱、間隔物的固體導(dǎo)熱以及輻射傳熱3種方式,并且假定這3 種方式互不干擾,多層絕熱材料每一層總的傳熱量是這三種傳熱方式的和。熱流可以使用相鄰兩層的溫差和熱阻進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)多層絕熱材料具體的包裹方式（平板型、圓筒形或球形）使用對(duì)應(yīng)形狀的關(guān)聯(lián)式進(jìn)行逐層耦合,最后按照進(jìn)行逐層迭代計(jì)算,得到整體的表觀導(dǎo)熱系數(shù)。在洛克希德模型的基礎(chǔ)上,美國國家宇航局（National Aeronautics and Space Administration,NASA）調(diào)整了模型中的經(jīng)驗(yàn)參數(shù),使用改進(jìn)的洛克希德模型對(duì)變密度多層材料（Variable Density Multilayer Insulation,VDMLI）的傳熱進(jìn)行了分析。

Wang 等[19,52]使用層與層模型對(duì)VDMLI 的層密度進(jìn)行優(yōu)化。黃永華等[53]根據(jù)泡沫層與VDMLI 層熱通量相等的原理設(shè)置迭代截止條件,利用層與層模型進(jìn)行迭代求解復(fù)合多層絕熱結(jié)構(gòu)內(nèi)部的傳熱情況。Jiang 等[54]考慮了VCS 帶走熱量,對(duì)液氮和液氫溫區(qū)分別分析驗(yàn)證了加入VCS 對(duì)MLI/VDMLI 的良性影響。此外,Jiang 等[55]還提出了一種用于預(yù)測MLI/VCS 絕熱系統(tǒng)隔熱性能的瞬態(tài)模型,并結(jié)合實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。

Zheng 等[43]根據(jù)材料的性質(zhì)對(duì)層與層模型、洛克希德模型進(jìn)行修正,對(duì)VCS 的性能進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算。陳六彪等[44]采用改進(jìn)的洛克希德模型模擬了多層絕熱材料的性能,考慮了屏蔽間的熱輻射、氣體傳導(dǎo)和通過隔板材料的固體傳導(dǎo)3 種傳熱模式,給出了儲(chǔ)罐漏熱量的公式。

合理的數(shù)學(xué)模型是對(duì)多層材料的性能精準(zhǔn)預(yù)測的基礎(chǔ),模型的建立又依賴于準(zhǔn)確的物性參數(shù),由于輻射傳熱是真空多層絕熱的主要傳熱方式,對(duì)輻射屏發(fā)射率等參數(shù)的精準(zhǔn)測量就成為了預(yù)測模型的必要條件。Frolec 和Králík 等設(shè)計(jì)了測量材料低 溫發(fā) 射率的試驗(yàn)臺(tái),對(duì)銅、鋁和不銹鋼等材料的不同處理方式在多種溫度條件下進(jìn)行了測量,部分材料的發(fā)射率等參數(shù)在文獻(xiàn)[56-57]中已經(jīng)給出,這對(duì)多層絕熱材料的模型研究有很大幫助。

4 結(jié)論與展望

隨著清潔能源的發(fā)展,氫能在能源市場的份額快速增長,液化儲(chǔ)運(yùn)作為液氫使用的關(guān)鍵方式促使液氫的高效存儲(chǔ)成為研究熱點(diǎn),其中高效低溫絕熱是研究的關(guān)鍵。本文以真空多層材料的絕熱性能表征與測試為主要研究內(nèi)容,根據(jù)冷端溫度實(shí)現(xiàn)方法的不同將測試系統(tǒng)歸為基于低溫液體蒸發(fā)濕式量熱法的測試系統(tǒng)和基于制冷機(jī)干式量熱法的測試系統(tǒng)。綜述了當(dāng)前測試系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀,并從結(jié)構(gòu)形狀、溫控方式、量熱方式和測量范圍等方面進(jìn)行了對(duì)比分析,總結(jié)了當(dāng)前液氫溫區(qū)真空多層材料的絕熱性能測試結(jié)果。主要結(jié)論如下:

（1）多層材料在液氫溫區(qū)的絕熱性能受到層數(shù)、層密度、接縫方式、冷熱端溫度真空度等條件的影響,層密度一般在4—30 層/cm,在這種條件下多層材料的熱流密度一般在0.5—2 W/m2的范圍內(nèi),表觀導(dǎo)熱系數(shù)一般在10-5W/（m·K）左右。

（2）基于低溫液體蒸發(fā)濕式量熱法在維持冷端溫度和精準(zhǔn)測量熱量方面更有優(yōu)勢,而基于制冷機(jī)的干式量熱法在變邊界溫度條件下的測量和避免安全隱患方面更具有優(yōu)勢。

（3）圓筒形的量熱器結(jié)構(gòu)在減小不必要的軸向傳熱傳或“端部效應(yīng)”方面更為有效,而且測試面積更大,測試結(jié)果更加準(zhǔn)確。

根據(jù)對(duì)低溫多層材料絕熱性能試驗(yàn)臺(tái)的調(diào)研結(jié)果,對(duì)多層材料在液氫溫區(qū)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的方案提出以下幾點(diǎn)展望:

（1）液氫溫區(qū)高精度高可靠多層材料絕熱性能測試系統(tǒng)的研制。由于MIKE 的支撐桿導(dǎo)熱量熱方案測試結(jié)果存在較大誤差,原因仍未找到。目前需要提出一種新的,能夠精準(zhǔn)測量熱量的方案代替支撐桿導(dǎo)熱方案用于基于制冷機(jī)的干式量熱法；冷端溫度可以使用制冷機(jī)來代替低溫液體來維持,以減少不必要的安全問題和成本問題。也可以在保證安全的前提下使用低溫制冷機(jī)搭建循環(huán)系統(tǒng),將蒸發(fā)的液氫或液氦循環(huán)回收利用,一方面減少成本,另一方面液氫使用量減少也在一定程度上增加了安全性。

（2）高精度多層材料性能預(yù)測模型的構(gòu)建。準(zhǔn)確地模型可用于預(yù)測多層材料的性能、評(píng)估不易測量條件下多層材料的絕熱性能參數(shù)、對(duì)多層材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化等；發(fā)射率作為模型中使用的必要材料參數(shù),對(duì)模型的準(zhǔn)確性有較大影響。目前精準(zhǔn)的輻射屏發(fā)射率測量儀器較少,不同環(huán)境條件,不同處理工藝下的發(fā)射率參數(shù)也較少,仍需開展進(jìn)一步的深入研究。

（3）液氫溫區(qū)多層材料絕熱性能數(shù)據(jù)庫的建立。目前液氫溫區(qū)多層材料的數(shù)據(jù)仍然較少,相關(guān)研究匱乏。在建立準(zhǔn)確的液氫溫區(qū)測試系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,對(duì)不同種類不同參數(shù)的多層材料進(jìn)行測試,并且在大量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上建立相關(guān)數(shù)據(jù)庫,對(duì)液氫的發(fā)展可起到積極作用。