摘(zhāi)要：利用(yong)CFD軟件FLUENT對(dui)高溫液(yè)态金屬(shu)試驗回(hui)路中的(de)電磁流(liu)量計
三(sān)維溫度(dù)場進行(hang)了數值(zhi)模拟計(jì)算,結果(guo)表明:若(ruo)無冷卻(que)措🏃♀️施,電(diàn)磁流量(liàng)計的局(ju)部溫度(du)會超過(guò)200C;冷卻方(fāng)案下，電(diàn)磁流量(liàng)計的整(zhěng)體溫度(du)可有效(xiao)控制在(zài)1009C以下,确(què)保了高(gao)溫液态(tai)金屬試(shì)驗回✍️路(lu)中電🐅磁(ci)流量計(ji)的可靠(kào)性。
在未(wèi)來深空(kong)探測領(lǐng)域中,液(ye)态金屬(shu)冷卻反(fan)應堆可(ke)用于提(ti)♌供動力(lì)支持,目(mu)前各國(guo)正在廣(guang)泛開展(zhan)這方🆚面(mian)的研究(jiu)"。但在💞反(fǎn)應堆應(ying)♈用之前(qián)需要在(zai)地面建(jian)立系統(tǒng)級或部(bu)件級試(shì)驗對它(tā)進行可(kě)行性驗(yan)證，爲此(ci)研究人(ren)員設計(jì)了一套(tào)高溫液(yè)☀️态金屬(shǔ)試驗回(huí)路2],回✍️路(lù)中設有(you)電磁流(liu)量計來(lai)測量液(ye)态金屬(shǔ)NaK的流量(liàng)。然而,現(xian)階段設(shè)計的電(diàn)磁流量(liàng)計♌中的(de)某些部(bu)件無法(fa)長期耐(nai)受🌈100C以上(shang)的高溫(wen)，爲了确(què)保高☔溫(wēn)液态金(jīn)屬試🈲驗(yan)❗回路長(zhang)周期運(yùn)行🙇♀️期間(jiān)電.磁流(liú)量計的(de)性能不(bú)受高溫(wēn)環境的(de)影響,需(xū)要🛀對流(liu)量🔞計進(jìn)行冷卻(que)處理。爲(wei)✉️此,設計(ji)人員在(zai)高溫管(guǎn)道與流(liu)量計之(zhi)間設計(ji)了隔♈熱(rè)材料和(he)冷卻盤(pán)管,筆者(zhe)利用數(shù)值模拟(nǐ)技術對(duì)電磁流(liu)量計進(jìn)行三維(wéi)熱工計(ji)算🏒,以評(píng)價其運(yun)行可靠(kào)性。
1計算(suan)模型
1.1幾(jǐ)何模型(xíng)
高溫液(yè)态金屬(shǔ)試驗回(hui)路如圖(tu)1所示2,該(gāi)回路位(wèi)于一個(ge)大的👨❤️👨真(zhēn)空室内(nei)，電磁流(liú)量計(圖(tu)2)安裝在(zai)電磁泵(beng)和電加(jiā)熱線圈(quan)之間的(de)管路上(shang),主要由(yóu)永磁體(tǐ)、銅導體(tǐ)、隔熱材(cái)🈲料及冷(leng)卻盤管(guan)等組成(cheng)。該試驗(yan)回路中(zhōng)，液态金(jīn)屬NaK的最(zui)高試驗(yan)溫度可(ke)達500℃。
1.2網格(ge)劃分
利(lì)用GAMBIT軟件(jian)采取結(jie)構化的(de)網格劃(hua)分方式(shi)對電磁(cí)流量計(ji)三維模(mo)型進行(háng)網格劃(huà)分(圖3),保(bǎo)證在提(ti)高網格(ge)🔞質量🌈的(de)同時最(zuì)大限🆚度(dù)地🏃降低(dī)網格數(shù)目,網格(ge)獨立🌈性(xing)驗證🤞後(hou)最終使(shǐ)用的網(wǎng)格數目(mù)約100萬🔴
1.3計算(suàn)方法
通(tōng)過數值(zhi)模拟方(fang)法3]可以(yǐ)顯示并(bìng)分析流(liú)動和傳(chuán)熱現象(xiàng)，并可以(yǐ)得到相(xiang)應過程(cheng)的最佳(jia)設計參(can)數,爲試(shì)驗提🧑🏽🤝🧑🏻供(gong)指導,節(jiē)省了以(yi)往試驗(yan)所需的(de)人力、物(wù)力和時(shi)間。随着(zhe)計算機(ji)軟硬件(jiàn)技術的(de)發展🌈和(he)數值計(ji)算方法(fa)的日趨(qū)成熟,出(chū)現了基(jī)于現有(yǒu)流動理(lǐ)論的商(shāng)用計算(suàn)流體動(dong)力學(CFD)軟(ruǎn)件,爲解(jiě)決實際(jì)工程問(wèn)題(如特(te)殊儀器(qi)儀表仿(pang)真模拟(ni)等)提供(gong)了新方(fang)法4-101
電磁(cí)流量計(jì)部件涉(she)及冷卻(què)水流動(dòng)與換熱(re)、固體域(yù)🐉熱傳導(dǎo)等控制(zhì)方程,冷(leng)卻水可(ke)視爲不(bú)可壓縮(suō)湍流流(liu)動🈲，采用(yong)标準k-8模(mó)型标準(zhun)壁面函(han)數方法(fǎ)，得到冷(leng)卻水流(liú)動換熱(rè)基本控(kòng)制方程(cheng)分🌏别如(rú)下㊙️:
式中(zhōng)Cp--比熱容(róng);
?exit一動量(liang)守恒方(fang)程的廣(guang)義源項(xiàng);
h一顯焓(han);
p一流體(tǐ)微元體(ti).上的壓(ya)力;
q一體(tǐ)積熱源(yuan);
St一能量(liàng)源項;
T一(yi)溫度;
t一(yī)時間變(biàn)量;
u一流(liu)體速度(dù);
ρ一密度(du);
λ一導熱(rè)系數;
μ一(yī)流體黏(nian)度;
下角(jiao)
i、j、k--1、2、3,代表笛(dí)卡爾坐(zuò)标系下(xia)的3個方(fāng)向。
方程(chéng)(1)~(4)可使用(yong)FLUENT軟件在(zài)三維網(wǎng)格空間(jian)中進行(háng)離散求(qiú)解。
邊界(jie)條件主(zhǔ)要有熱(rè)邊界和(hé)冷卻邊(biān)界兩種(zhong)。其中熱(re)邊界爲(wèi)🈚液🚩态金(jin)屬溫度(du),設定爲(wèi)試驗時(shi)的最高(gao)溫度500℃(773.15K)，外(wai)圍正對(duì)真空🌐室(shì)内壁的(de)表面設(shè)定爲70℃;冷(lěng)卻邊界(jie)主🆚要有(yǒu)冷卻管(guǎn)道内冷(lěng)卻介質(zhì)的人口(kou)溫度(設(she)定爲30℃/303.15K)和(hé)入口流(liú)速或流(liu)量(約3m/s或(huo)0.0375kg/s)。
2計算結(jié)果分析(xī)
2.1盤管内(nei)無冷卻(que)時
盤管(guǎn)内無冷(leng)卻時電(diàn)磁流量(liàng)計關鍵(jiàn)部位的(de)溫度剖(pōu)面🌈雲圖(tu)如圖4所(suo)示，軸向(xiàng)低、中、高(gao)3個位置(zhì)上的溫(wen)度剖面(mian)雲👣圖如(rú)圖5所示(shì)。可以看(kan)出,靠近(jin)高溫液(ye)态金屬(shǔ)管路外(wài)壁一側(cè)的最高(gāo)溫度在(zai)200℃左❓右，故(gù)僅靠隔(gé)熱層是(shì)🔞無法滿(man)足電磁(ci)流量計(jì)環境溫(wen)度低于(yu)100℃的要求(qiú)的。
2.2盤管(guǎn)有冷卻(què)時
盤管(guan)有冷卻(que)時電磁(ci)流量計(jì)溫度雲(yún)圖如圖(tu)6所示其(qí)中最高(gao)溫度🌏爲(wèi)設定的(de)液态金(jin)屬溫度(du)773.15K。電磁流(liu)量計關(guan)鍵部位(wei)的三維(wei)溫⛱️度場(chang)如圖7所(suǒ)示。可以(yǐ)看出,有(you)了盤管(guan)内🌏的冷(lěng)卻✍️水,借(jiè)助✔️.銅導(dao)體良好(hǎo)的熱導(dao)率，可以(yǐ)把電磁(cí)流量計(ji)的最高(gāo)溫度維(wei)持在80℃左(zuǒ)右，滿足(zú)低于100℃的(de)設計要(yào)求。
3結束(shù)語
以電(diàn)磁流量(liàng)計爲研(yán)究對象(xiang),采取符(fú)合實際(jì)的邊界(jiè)❤️條件,通(tong)過數值(zhi)模拟方(fāng)法得到(dao)了電磁(cí)流量計(ji)關鍵結(jié)構的溫(wen)度場,關(guan)鍵部位(wèi)的最高(gāo)溫度在(zai)80℃左右，高(gao)溫⭐液态(tai)金👈屬試(shi)驗回路(lù)長⭐周期(qī)運行期(qī)間㊙️電磁(ci)流量計(ji)的性能(néng)不受高(gāo)溫環境(jing)的影響(xiang)❗,保證了(le)運行的(de)可靠🔞。
以(yi)上内容(róng)源于網(wang)絡，如有(you)侵權聯(lián)系即删(shān)除!
