摘(zhāi)要：利用(yong)CFD軟件FLUENT對(dui)高溫液(ye)态金屬(shǔ)試驗回(huí)路中的(de)電磁流(liú)量計 三(sān)維溫度(du)場進行(hang)了數值(zhi)模拟計(ji)算,結果(guo)表明:若(ruò)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(fang)案下，電(dian)磁🏃流量(liang)🛀計的整(zhěng)體溫度(du)可有效(xiao)控制在(zai)1009C以下,确(que)保了高(gao)溫液态(tài)金屬試(shi)驗回路(lù)中電磁(ci)流量計(jì)的可靠(kào)性。
　　在未(wèi)來深空(kong)探測領(ling)域中,液(yè)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(guó)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(jian)立系統(tǒng)級或部(bu)件級試(shì)驗對它(ta)進行可(ke)行性驗(yan)證，爲此(cǐ)研究人(rén)員設計(jì)了一💰套(tao)高溫液(ye)态金屬(shǔ)試驗回(hui)路2],回🥵路(lù)中設有(you)電磁流(liu)量計來(lai)測量液(ye)态金屬(shu)NaK的流量(liang)。然而,現(xiàn)階段設(she)計🍓的電(dian)磁流量(liang)計中的(de)某些部(bù)件無法(fǎ)長期耐(nài)受100C以上(shang)的高溫(wēn)，爲了确(que)保高👈溫(wen)液态金(jin)屬試✍️驗(yan)回路長(zhǎng)周期運(yùn)行期間(jiān)電.磁流(liú)量計🐅的(de)性能不(bu)受高溫(wēn)環境的(de)影響,需(xu)要🆚對流(liú)量計進(jin)行冷卻(què)處理。爲(wei)此,設計(ji)人員在(zài)高溫管(guan)道與流(liú)量計之(zhī)間🌏設計(ji)了隔🌐熱(rè)材料和(he)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(jin)行三維(wei)熱工計(ji)算,以☎️評(ping)價其運(yun)行可靠(kao)✂️性。
1計算(suan)模型
1.1幾(ji)何模型(xing)
　　高溫液(yè)态金屬(shu)試驗回(hui)路如圖(tú)1所示2,該(gai)回路位(wèi)于一個(gè)大的真(zhēn)🌈空室内(nèi)，電磁流(liú)量計(圖(tu)2)安裝在(zài)電磁泵(beng)和電加(jiā)🎯熱線圈(quān)之間的(de)管路上(shang),主要由(you)永磁體(ti)、銅導體(tǐ)、隔熱材(cai)料及冷(lěng)卻盤管(guǎn)等組成(chéng)。該試驗(yan)回路中(zhong)，液态金(jin)屬NaK的最(zuì)高試驗(yàn)溫🎯度可(ke)達500℃。


1.2網格(gé)劃分
　　利(lì)用GAMBIT軟件(jiàn)采取結(jie)構化的(de)網格劃(hua)分方式(shì)對電磁(ci)流量計(jì)三維♊模(mo)型進行(háng)網格劃(hua)分(圖3),保(bao)證在提(tí)高網格(gé)質量的(de)同🧑🏾‍🤝‍🧑🏼時最(zui)大限❓度(du)地降低(di)網格數(shù)目,網格(ge)獨立性(xìng)驗證後(hòu)最終使(shǐ)用的網(wang)格數目(mu)約100萬

1.3計算(suàn)方法
　　通(tōng)過數值(zhi)模拟方(fāng)法3]可以(yǐ)顯示并(bìng)分析流(liu)動和傳(chuán)熱🙇‍♀️現象(xiang)，并可以(yi)得到相(xiang)應過程(chéng)的最佳(jiā)設計參(cān)數,爲試(shi)驗提供(gong)指導,節(jiē)省了以(yǐ)往試驗(yàn)所需的(de)人力、物(wù)力和時(shi)間。随着(zhe)計算😘機(ji)軟硬件(jian)技術的(de)發展♻️和(he)數值計(jì)算方法(fa)的日趨(qu)成熟,出(chū)✌️現了基(ji)于現有(you)流動理(lǐ)論的商(shang)🌂用計算(suàn)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(qì)儀表仿(pang)真模拟(ni)等)提供(gong)了新方(fāng)法4-101
　　電磁(ci)流量計(ji)部件涉(she)及冷卻(què)水流動(dòng)與換熱(re)、固體域(yù)熱傳導(dao)⛹🏻‍♀️等控制(zhì)方程,冷(leng)卻水可(ke)視爲不(bu)可壓縮(suō)湍流流(liu)動，采用(yòng)标準k-8模(mo)型标準(zhǔn)壁面函(han)數方法(fa)，得到冷(lěng)卻水流(liu)動換熱(re)基本控(kong)制方程(chéng)分别如(rú)下:

式中(zhōng)Cp--比熱容(róng);
?exit一動量(liang)守恒方(fāng)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(yuan);
St一能量(liàng)源項;
T一(yi)溫度;
t一(yī)時間變(bian)量;
u一流(liú)體速度(du);
ρ一密度(du);
λ一導熱(re)系數;
μ一(yi)流體黏(nián)度;
下角(jiǎo)
i、j、k--1、2、3,代表笛(di)卡爾坐(zuò)标系下(xià)的3個方(fang)向。
　　方程(cheng)(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(qiu)解。
　　邊界(jiè)條件主(zhǔ)要有熱(rè)邊界和(hé)冷卻邊(biān)界兩種(zhong)。其中熱(rè)邊界爲(wei)液💔态🏃金(jīn)屬溫度(du),設定爲(wei)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(leng)卻邊界(jie)主要有(you)冷卻管(guǎn)道内冷(leng)卻介質(zhì)的人口(kǒu)溫度(設(she)定爲30℃/303.15K)和(hé)入口流(liú)速或流(liú)量(約3m/s或(huo)0.0375kg/s)。
2計算結(jie)果分析(xī)
2.1盤管内(nèi)無冷卻(què)時
　　盤管(guǎn)内無冷(lěng)卻時電(dian)磁流量(liàng)計關鍵(jiàn)部位的(de)溫度剖(pōu)🈲面雲圖(tú)如圖4所(suǒ)示，軸向(xiàng)低、中、高(gāo)3個位置(zhi)上的溫(wēn)度剖面(mian)雲圖如(ru)圖5所示(shì)。可以看(kan)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(gu)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(què)時電磁(ci)流量計(ji)溫度雲(yún)圖如圖(tu)6所示其(qi)🔴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(liú)量計關(guan)鍵部位(wei)的三維(wéi)溫度場(chǎng)如圖7所(suo)示。可以(yi)看出,有(yǒu)了盤管(guan)内的冷(leng)卻水,借(jie)助.銅導(dao)體✏️良好(hao)的✨熱導(dao)率，可以(yi)把電磁(ci)流量計(jì)的最高(gao)溫度維(wéi)持在80℃左(zuo)右🏃🏻，滿足(zú)低于100℃的(de)設計要(yào)求。


3結束(shu)語
　　以電(dian)磁流量(liang)計爲研(yan)究對象(xiang),采取符(fú)合實際(ji)的邊界(jiè)條件,通(tōng)過數值(zhí)模拟方(fāng)法得到(dào)了電磁(cí)流量計(jì)關鍵結(jié)構的溫(wen)度場,關(guān)鍵部位(wèi)的最高(gāo)溫度在(zai)80℃左右，高(gāo)溫液态(tai)金屬試(shi)驗回路(lù)長周期(qi)運行期(qī)間電磁(ci)流量計(jì)的性能(neng)不受高(gāo)溫環境(jìng)的影響(xiǎng),保證了(le)運行的(de)可靠。

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