摘要(yao)：利用CFD軟(ruan)件FLUENT對高(gao)溫液态(tai)金屬試(shi)驗回路(lu)中的電(dian)磁流量(liang)計
三維(wei)溫度場(chang)進行了(le)數值模(mo)拟計算(suan),結果表(biao)明:若無(wu)冷卻措(cuo)施,電磁(ci)流量計(ji)的局部(bu)溫度會(hui)超過200C;冷(leng)卻方案(an)下，電磁(ci)🈲流量計(ji)的整體(ti)🌂溫度可(ke)有效控(kong)制在1009C以(yi)下,确保(bao)了高溫(wen)液态金(jin)屬👨❤️👨試驗(yan)回👅路中(zhong)電磁流(liu)量計的(de)❗可靠性(xing)。
在未來(lai)深空探(tan)測領域(yu)中,液态(tai)金屬冷(leng)卻反應(ying)堆可用(yong)于㊙️提供(gong)動力支(zhi)持,目前(qian)各國正(zheng)在廣泛(fan)開展這(zhe)方面的(de)研究"。但(dan)在💔反應(ying)堆應用(yong)之前需(xu)要在地(di)面建立(li)系統級(ji)✔️或部件(jian)級試驗(yan)對它進(jin)行可行(hang)性驗證(zheng)，爲此研(yan)究人員(yuan)設計了(le)一套高(gao)溫液态(tai)金屬試(shi)驗回路(lu)2],回🏃🏻♂️路中(zhong)設有電(dian)磁流量(liang)計來測(ce)量液态(tai)金屬NaK的(de)流量。然(ran)🥵而,現階(jie)段設計(ji)的電磁(ci)流量計(ji)🌈中的某(mou)些部件(jian)無法♉長(zhang)期耐受(shou)100C以上的(de)高溫，爲(wei)了确保(bao)高溫液(ye)态金屬(shu)試驗回(hui)路長周(zhou)期運行(hang)☎️期間電(dian).磁流量(liang)計的性(xing)能不受(shou)😄高溫環(huan)境的影(ying)響,需要(yao)對流量(liang)計進行(hang)冷卻處(chu)理。爲🤞此(ci),設計人(ren)員在高(gao)溫管道(dao)與流量(liang)計之間(jian)設計了(le)隔💘熱材(cai)料和冷(leng)卻盤管(guan),筆者🌈利(li)用數值(zhi)模拟技(ji)術對電(dian)磁流量(liang)計進行(hang)三維熱(re)工計算(suan),以評價(jia)其運行(hang)可靠性(xing)。
1計算模(mo)型
1.1幾何(he)模型
高(gao)溫液态(tai)金屬試(shi)驗回路(lu)如圖1所(suo)示2,該回(hui)路位于(yu)一個大(da)🔞的真🐉空(kong)室内，電(dian)磁流量(liang)計(圖2)安(an)裝在電(dian)磁泵和(he)電加熱(re)線圈之(zhi)間的管(guan)路上,主(zhu)要由永(yong)磁體、銅(tong)導體、隔(ge)熱材料(liao)及冷卻(que)盤管🛀等(deng)組成。該(gai)試驗回(hui)路中，液(ye)态金屬(shu)NaK的最🏒高(gao)試驗溫(wen)度可達(da)500℃。
1.2網格劃(hua)分
利用(yong)GAMBIT軟件采(cai)取結構(gou)化的網(wang)格劃分(fen)方式對(dui)電磁流(liu)量計三(san)👨❤️👨維模型(xing)進行網(wang)格劃分(fen)(圖3),保證(zheng)在提高(gao)網格質(zhi)量的同(tong)時最大(da)限度地(di)降低網(wang)格數目(mu),網格獨(du)立性驗(yan)證後最(zui)終使用(yong)的網格(ge)數❤️目約(yue)100萬
1.3計算方(fang)法
通過(guo)數值模(mo)拟方法(fa)3]可以顯(xian)示并分(fen)析流動(dong)和傳熱(re)現象，并(bing)可以得(de)到相應(ying)過程的(de)最佳設(she)計參數(shu),爲試驗(yan)提供指(zhi)導,節省(sheng)了以往(wang)試驗所(suo)需的人(ren)力、物力(li)和時間(jian)。随🐕着計(ji)算機軟(ruan)硬件技(ji)術🏃🏻的發(fa)展和數(shu)值計算(suan)方法的(de)日趨成(cheng)熟,出現(xian)了基于(yu)現有流(liu)動理論(lun)的商⭐用(yong)計算流(liu)體👄動力(li)學(CFD)軟件(jian),爲解決(jue)實際工(gong)程問題(ti)(如特殊(shu)儀器儀(yi)🧑🏽🤝🧑🏻表仿真(zhen)模拟等(deng))提供了(le)新方法(fa)4-101
電磁流(liu)量計部(bu)件涉及(ji)冷卻水(shui)流動與(yu)換熱、固(gu)體域❄️熱(re)🤟傳導等(deng)控制方(fang)程,冷卻(que)水可視(shi)爲不可(ke)壓縮湍(tuan)流⛹🏻♀️流動(dong)，采用💁标(biao)準k-8模型(xing)标準壁(bi)面函數(shu)方法，得(de)到冷卻(que)水流動(dong)💰換熱基(ji)本控制(zhi)♋方程分(fen)🔱别如下(xia)📐:
式中Cp--比(bi)熱容;
?exit一(yi)動量守(shou)恒方程(cheng)的廣義(yi)源項;
h一(yi)顯焓;
p一(yi)流體微(wei)元體.上(shang)的壓力(li);
q一體積(ji)熱源;
St一(yi)能量源(yuan)項;
T一溫(wen)度;
t一時(shi)間變量(liang);
u一流體(ti)速度;
ρ一(yi)密度;
λ一(yi)導熱系(xi)數;
μ一流(liu)體黏度(du);
下角
i、j、k--1、2、3,代(dai)表笛卡(ka)爾坐标(biao)系下的(de)3個方向(xiang)。
方程(1)~(4)可(ke)使用FLUENT軟(ruan)件在三(san)維網格(ge)空間中(zhong)進行離(li)散求💯解(jie)。
邊界條(tiao)件主要(yao)有熱邊(bian)界和冷(leng)卻邊界(jie)兩種。其(qi)中熱邊(bian)界😍爲🥵液(ye)态金屬(shu)溫度,設(she)定爲試(shi)驗時的(de)最高溫(wen)度💋500℃(773.15K)，外圍(wei)正對真(zhen)空⛹🏻♀️室内(nei)壁的表(biao)面設定(ding)爲70℃;冷卻(que)邊界主(zhu)要有冷(leng)卻管道(dao)内冷卻(que)介質的(de)人口溫(wen)度(設定(ding)爲30℃/303.15K)和入(ru)口流速(su)或流量(liang)(約🔞3m/s或0.0375kg/s)。
2計(ji)算結果(guo)分析
2.1盤(pan)管内無(wu)冷卻時(shi)
盤管内(nei)無冷卻(que)時電磁(ci)流量計(ji)關鍵部(bu)位的溫(wen)度剖面(mian)雲圖如(ru)💛圖4所示(shi)，軸向低(di)、中、高3個(ge)位置上(shang)的溫度(du)剖面雲(yun)圖如🐪圖(tu)5所示。可(ke)以看出(chu),靠近高(gao)溫液态(tai)金屬管(guan)路外壁(bi)一側的(de)最高溫(wen)度在200℃左(zuo)右，故僅(jin)⁉️靠隔熱(re)層是無(wu)法滿足(zu)電磁流(liu)量計環(huan)境溫度(du)低于100℃的(de)要求的(de)。
2.2盤管有(you)冷卻時(shi)
盤管有(you)冷卻時(shi)電磁流(liu)量計溫(wen)度雲圖(tu)如圖6所(suo)示其中(zhong)🐕最高👌溫(wen)度爲設(she)定的液(ye)态金屬(shu)溫度773.15K。電(dian)磁流量(liang)計關鍵(jian)部位的(de)三㊙️維溫(wen)度場如(ru)圖7所示(shi)。可以看(kan)出,有了(le)📱盤管内(nei)的冷卻(que)水,借助(zhu).銅導體(ti)良好的(de)熱導率(lü)，可以⚽把(ba)電磁流(liu)量計的(de)最高溫(wen)度維持(chi)在80℃左右(you)，滿足低(di)于100℃的設(she)計要求(qiu)。
3結束語(yu)
以電磁(ci)流量計(ji)爲研究(jiu)對象,采(cai)取符合(he)實際的(de)邊界條(tiao)件,通過(guo)數值模(mo)拟方法(fa)得到了(le)電磁流(liu)量計關(guan)鍵🔴結構(gou)的溫度(du)場,關鍵(jian)部位的(de)最高溫(wen)度在80℃左(zuo)右，高溫(wen)液态金(jin)屬試驗(yan)回路長(zhang)周期運(yun)行期間(jian)電磁流(liu)量計的(de)性能不(bu)🏃♀️受高溫(wen)環境的(de)影響,保(bao)證了運(yun)行的可(ke)靠。
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