摘(zhāi)要：利用(yong)CFD軟件FLUENT對(duì)高溫液(yè)态金屬(shǔ)試驗回(hui)路中的(de)電磁流(liu)量計 三(sān)維溫度(du)場進行(hang)了數值(zhí)模拟計(jì)算,結果(guo)表明:若(ruo)無冷卻(què)措🍓施,電(dian)磁流量(liàng)計的局(ju)部溫度(dù)會超過(guo)200C;冷卻方(fāng)案下，電(diàn)磁流量(liang)計的🏒整(zhěng)體溫度(du)可有效(xiao)控制在(zài)1009C以下,确(que)保了高(gāo)溫液态(tài)金屬試(shì)驗回路(lù)中電磁(ci)流量計(jì)的‼️可靠(kao)性。
　　在未(wei)來深空(kōng)探測領(ling)域中,液(ye)态金屬(shǔ)冷卻反(fan)應堆可(ke)👅用🚶‍♀️于🌂提(tí)供動力(li)支持,目(mù)前各國(guo)正在廣(guǎng)泛開展(zhǎn)這方面(miàn)的研究(jiū)"。但在反(fǎn)應堆應(ying)🌐用之前(qián)需要在(zai)地面建(jiàn)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(rén)員設計(jì)了一套(tào)高溫液(ye)态金屬(shǔ)試驗回(huí)路2],回🌐路(lu)中設有(you)電磁流(liu)量計來(lái)測量液(ye)态金屬(shǔ)NaK的流量(liàng)。然✍️而,現(xiàn)階段設(she)計的電(diàn)磁流量(liàng)計🌈中的(de)某些部(bu)件🔞無法(fǎ)長期耐(nai)受🔅100C以上(shàng)的☀️高溫(wen)，爲⚽了确(que)保高溫(wen)液态金(jīn)屬試⭐驗(yàn)回路長(zhang)周期運(yun)行期間(jiān)電.磁流(liú)量計的(de)性能不(bu)受高溫(wen)環境的(de)影響,需(xu)要對流(liú)量計進(jìn)行冷卻(què)處理。爲(wèi)🚩此,設計(jì)人員在(zài)高溫管(guǎn)道與流(liu)量計之(zhī)間設計(ji)了隔熱(re)材料和(hé)冷❗卻盤(pan)管,筆者(zhě)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(jì)算,以評(píng)價其運(yùn)行可靠(kào)性。
1計算(suan)模型
1.1幾(jǐ)何模型(xing)
　　高溫液(yè)态金屬(shǔ)試驗回(hui)路如圖(tu)1所示2,該(gai)回路位(wei)于一個(gè)大的真(zhēn)空室内(nèi)，電磁流(liu)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(ti)、銅導體(ti)、隔熱材(cai)料及冷(lěng)卻盤管(guǎn)等組成(chéng)。該試驗(yàn)回路中(zhōng)，液态🐕金(jīn)屬NaK的最(zui)高試驗(yàn)溫度可(kě)達500℃。


1.2網格(ge)劃分
　　利(lì)用GAMBIT軟件(jian)采取結(jié)構化的(de)網格劃(huà)分方式(shi)對電磁(ci)流量計(jì)三維模(mo)型進行(háng)網格劃(huà)分(圖3),保(bǎo)證在提(tí)高網格(gé)質量的(de)同時最(zui)大限度(dù)地降低(dī)網格數(shu)目,網格(ge)獨立💃🏻性(xìng)驗證後(hou)最終😘使(shi)用的網(wang)格數目(mu)約100萬🔴

1.3計算(suan)方法
　　通(tōng)過數值(zhí)模拟方(fāng)法3]可以(yǐ)顯示并(bing)分析流(liu)動和傳(chuan)熱現象(xiàng)，并可以(yi)得到相(xiàng)應過程(cheng)的最佳(jia)設計參(cān)數,爲試(shì)驗提供(gòng)指導,節(jiē)省了以(yǐ)往試驗(yan)所需的(de)人力、物(wu)力和🤞時(shí)間。随着(zhe)計算機(jī)軟硬件(jian)技術🌏的(de)發展和(hé)數值計(jì)算方法(fa)的日趨(qu)成熟,出(chu)♍現了基(jī)于現有(you)流動🏃理(lǐ)論的商(shang)用計算(suan)流體動(dong)力學(CFD)軟(ruan)件,爲解(jie)決實際(jì)工程問(wen)題(如特(tè)殊儀器(qi)儀表仿(pang)真模拟(nǐ)等)提供(gong)了新方(fāng)法4-101
　　電磁(ci)流量計(jì)部件涉(she)及冷卻(que)水流動(dòng)與換熱(re)、固體域(yu)熱傳導(dao)等控制(zhì)方程,冷(lěng)卻水可(ke)視爲不(bu)可壓縮(suo)湍流🙇‍♀️流(liu)動，采用(yong)标準k-8模(mo)型标準(zhun)壁面函(hán)數方法(fa)，得到冷(lěng)卻水流(liú)動換熱(re)基本控(kong)制方程(cheng)分📞别如(rú)下:

式中(zhōng)Cp--比熱容(rong);
?exit一動量(liang)守恒方(fang)程的廣(guǎng)義源項(xiàng);
h一顯焓(han);
p一流體(tǐ)微元體(tǐ).上的壓(ya)力;
q一體(ti)積熱源(yuán);
St一能量(liàng)源項;
T一(yī)溫度;
t一(yi)時間變(biàn)量;
u一流(liu)體速度(du);
ρ一密度(du);
λ一導熱(re)系數;
μ一(yī)流體黏(nian)度;
下角(jiǎo)
i、j、k--1、2、3,代表笛(di)卡爾坐(zuo)标系下(xia)的3個方(fang)向。
　　方程(chéng)(1)~(4)可使用(yòng)FLUENT軟件在(zài)三維網(wang)格空間(jian)中進行(hang)離散求(qiú)🤟解。
　　邊界(jiè)條件主(zhu)要有熱(re)邊界和(he)冷卻邊(bian)界兩種(zhǒng)。其中熱(re)邊🥰界㊙️爲(wei)液态金(jīn)屬溫度(dù),設定爲(wei)試驗時(shi)的最高(gāo)溫度500℃(773.15K)，外(wai)圍正對(duì)真空室(shi)内壁的(de)表面設(shè)定爲70℃;冷(lěng)卻邊界(jie)主要有(yǒu)冷卻管(guan)道内冷(lěng)卻介質(zhi)的人口(kou)溫度(設(she)定爲30℃/303.15K)和(he)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(nèi)無冷卻(que)時
　　盤管(guan)内無冷(leng)卻時電(dian)磁流量(liàng)計關鍵(jiàn)部位的(de)溫度剖(pou)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(wēn)度剖面(miàn)雲㊙️圖如(rú)圖5所示(shi)。可以看(kàn)出,靠近(jin)高溫液(yè)态金屬(shu)管路外(wai)壁💯一側(ce)的最高(gao)溫度在(zài)200℃左右，故(gù)僅💃靠隔(ge)熱層是(shi)💞無法滿(mǎn)足電磁(ci)流量計(ji)環境溫(wēn)🌍度低于(yú)100℃的⭐要求(qiú)的。


2.2盤管(guan)有冷卻(que)時
　　盤管(guǎn)有冷卻(que)時電磁(cí)流量計(ji)溫度雲(yún)圖如圖(tú)6所示其(qí)中最高(gāo)溫度爲(wèi)設定的(de)液态金(jin)屬溫度(dù)773.15K。電磁流(liu)量計關(guān)鍵部位(wei)的三☀️維(wéi)溫度場(chang)㊙️如圖7所(suǒ)示。可以(yǐ)看出,有(you)了㊙️盤管(guǎn)内的冷(lěng)卻水,借(jie)助🥰.銅導(dao)體良好(hǎo)的熱導(dǎo)率，可以(yi)♊把電磁(cí)流🏒量計(ji)的最高(gao)溫度維(wei)持在80℃左(zuǒ)右，滿足(zu)低于100℃的(de)設計要(yao)求。


3結束(shu)語
　　以電(dian)磁流量(liang)計爲研(yán)究對象(xiang),采取符(fú)合實際(jì)的邊界(jie)條🙇‍♀️件,通(tong)💰過數值(zhi)模拟方(fāng)法得到(dao)了電磁(ci)流量計(jì)關鍵💁結(jié)構♍的溫(wēn)度場,關(guān)鍵部位(wei)的最高(gāo)溫度在(zai)80℃左右，高(gāo)溫液态(tai)金屬試(shì)驗回路(lu)長周期(qi)運🏃🏻‍♂️行期(qī)間電磁(cí)流量計(ji)的性能(neng)不受高(gao)溫環境(jing)的影響(xiang),保證了(le)運行的(de)可靠☁️。

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