液氢储罐蒸气冷却屏结构设计及绝热性能仿真预示

杨豪泽; 刘乐; 赵武; 王磊; 李翠

doi:10.12465/issn.0253-4339.20250506001

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液氢储罐蒸气冷却屏结构设计及绝热性能仿真预示

低温技术 | 更新时间：2026-06-01

- 液氢储罐蒸气冷却屏结构设计及绝热性能仿真预示
- Structural Design and Thermal Insulation Performance Simulation of Vapor-Cooled Shields for Liquid Hydrogen Storage Tank
- 制冷学报 2026年47卷第3期页码：43-52
- 作者机构：
  
  1.西安交通大学制冷与低温工程系西安 710049
  2. 西安航天科技工业有限公司西安 710100
  3. 航天推进技术研究院西安 710100
- 作者简介：
  
  王磊，男，教授，西安交通大学制冷与低温工程系，18220550071，E-mail：wanglei-epe@xjtu.edu.cn。研究方向：航天低温推进剂技术。Wang Lei， male， professor， Institute of Refrigeration and Cryogenic Engineering， Xi′an Jiaotong University， 86-18220550071， E-mail：wanglei-epe@xjtu.edu.cn. Research fields： space cryogenic propellant technology.
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划课题(2024YFB4006904)
- DOI：10.12465/issn.0253-4339.20250506001
  中图分类号： TK91;TB61⁺1
- 收稿：2025-05-06，
  
  修回：2025-05-24，
  
  录用：2025-06-04，
  
  纸质出版：2026-06-16
- 稿件说明：
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杨豪泽,刘乐,赵武等.液氢储罐蒸气冷却屏结构设计及绝热性能仿真预示[J].制冷学报,2026,47(03):43-52.

Yang Haoze,Liu Le,Zhao Wu,et al.Structural Design and Thermal Insulation Performance Simulation of Vapor-Cooled Shields for Liquid Hydrogen Storage Tank[J].Journal of Refrigeration,2026,47(03):43-52.
杨豪泽,刘乐,赵武等.液氢储罐蒸气冷却屏结构设计及绝热性能仿真预示[J].制冷学报,2026,47(03):43-52. DOI： 10.12465/issn.0253-4339.20250506001.

Yang Haoze,Liu Le,Zhao Wu,et al.Structural Design and Thermal Insulation Performance Simulation of Vapor-Cooled Shields for Liquid Hydrogen Storage Tank[J].Journal of Refrigeration,2026,47(03):43-52. DOI： 10.12465/issn.0253-4339.20250506001.

摘要

为了精确指导液氢储罐多层绝热（MLI）/蒸气冷却屏（VCS）复合绝热结构设计，建立了MLI/VCS三维稳态传热模型，研究了平行布置和螺旋布置下VCS内温度场及不同VCS管直径、数量/管长、辐射屏厚度、排气流量等对储罐绝热性能的影响规律，对比了2种VCS管布置方式的绝热性能。结果显示：对于VCS管平行布置方案，增加管径、管数和排气流量，储罐绝热性能均相应提高；对于VCS管螺旋布置方案，增加管径和流量也呈现与平行竖管方案相同的规律，而管长增加对储罐绝热性能的影响与排气流量有关，辐射屏厚度对绝热性能影响较小，2种VCS管布置方式的绝热性能优劣也受排气流量的影响。实际中需要结合排气方式和排气量选择合适的VCS管布置方式。

Abstract

To provide accurate design guidance for multilayer insulation （MLI） combined with vapor-cooled shield （VCS） structures in liquid hydrogen storage tanks， a three-dimensional steady-state MLI/VCS model was established. The temperature distribution within the VCS was analyzed for parallel and spiral arrangements. The effects of VCS tube diameter， number/length， radiation shield thickness， and vapor mass flow rate on the thermal insulation performance of the tank were systematically investigated. Comparative analysis of the thermal insulation performances of the two arrangements was conducted. The results show that for the parallel arrangement， increasing the tube diameter， number of tubes， and mass flow rate improved the insulation performance of the tank. For the spiral arrangement， increasing the tube diameter and flow rate achieved the same effects as those observed for the parallel arrangement. However， the effect of tube length on insulation performance depends on the vapor mass flow rate. Radiation shield thickness had a minor impact on insulation performance. The relative superiority of the two VCS pipe configurations in terms of insulation performance is influenced by the venting vapor mass flow rate. An appropriate VCS pipe arrangement should be selected for practical engineering applications， based on the venting method and capacity.

关键词

Keywords

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