摘(zhāi)要：利用(yòng)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(háng)了數值(zhí)模拟計(jì)算,結果(guo)表明:若(ruò)無冷卻(què)措施,電(diàn)磁流量(liang)計的局(ju)部溫度(du)會超過(guo)200C;冷卻方(fang)案下，電(dian)磁🌈流量(liang)計的整(zheng)體溫度(dù)可有效(xiao)控制在(zai)1009C以下🥰,确(que)保了🈚高(gao)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(wèi)來深空(kōng)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(guó)正在廣(guǎng)泛開展(zhǎn)這方面(mian)的研究(jiu)"。但在反(fǎn)應👈堆應(yīng)用之前(qián)需要在(zai)地面建(jiàn)立系統(tong)級💃或部(bu)件級試(shi)驗⁉️對它(tā)進行可(kě)行性驗(yan)證，爲此(cǐ)研究人(ren)員設計(jì)了一套(tao)高溫液(yè)态金屬(shu)試驗回(huí)路2],回路(lu)中設有(you)電磁流(liu)量計來(lai)測量液(yè)态金屬(shǔ)NaK的流量(liang)。然而,現(xian)階段設(she)計的電(diàn)磁流量(liàng)計中的(de)某些部(bù)件無法(fa)㊙️長期耐(nài)受100C以上(shàng)的高溫(wen)，爲了确(que)保高🔴溫(wēn)液态金(jin)屬試驗(yàn)🔴回路長(zhang)周期運(yùn)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(liu)量計進(jìn)行冷卻(què)處理。爲(wèi)此,設計(jì)人員在(zài)高溫管(guan)道與流(liu)量計之(zhī)間設計(ji)了隔熱(rè)材料和(hé)冷卻盤(pan)管,筆者(zhe)利用數(shu)值模拟(ni)技術對(duì)電磁流(liu)量計進(jìn)行三維(wei)熱工😍計(jì)算,以評(píng)價其運(yun)行可靠(kao)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(nèi)，電磁流(liu)量計(圖(tu)2)安裝在(zài)電磁泵(beng)和電加(jia)熱線圈(quān)之間的(de)🚩管路上(shàng),主要由(you)永磁體(tǐ)、銅導體(ti)、隔熱材(cai)🔞料及冷(leng)卻盤管(guǎn)⭕等組成(cheng)。該試驗(yàn)回路中(zhong)，液态金(jīn)屬NaK的最(zui)高試驗(yàn)溫度可(ke)達500℃。


1.2網格(ge)劃分
　　利(li)用GAMBIT軟件(jiàn)采取結(jie)構化的(de)網格劃(hua)分方式(shi)對電磁(ci)流量計(jì)三維模(mo)型進行(hang)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(du)地‼️降低(dī)網格數(shù)目,網格(gé)獨立性(xing)驗證後(hòu)最終使(shi)用的網(wang)格數目(mù)約100萬

1.3計算(suàn)方法
　　通(tong)過數值(zhí)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(yǐ)得到相(xiang)應過程(cheng)的最佳(jiā)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(wu)力和☂️時(shí)間。随着(zhe)計算機(jī)軟硬件(jiàn)技術的(de)發展🔆和(hé)數值計(jì)算方法(fa)的日趨(qū)成熟,出(chū)☎️現了基(ji)于💃現有(yǒu)流動理(li)論的商(shang)用計算(suàn)流體動(dòng)力學(CFD)軟(ruan)件,爲解(jiě)決實際(jì)工程問(wèn)題(如特(te)殊儀器(qì)儀表仿(pang)真模拟(nǐ)等)提供(gòng)了新方(fang)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(rè)、固體域(yu)熱傳📐導(dǎo)等控制(zhi)方程,冷(leng)卻水可(kě)視爲不(bu)可壓縮(suo)湍流🔞流(liú)動，采用(yong)标準k-8模(mó)型📧标準(zhun)壁面函(han)數方法(fa)，得到冷(lěng)卻水流(liu)動換熱(rè)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(liàng)守恒方(fāng)程的廣(guǎng)義源項(xiàng);
h一顯焓(hán);
p一流體(ti)微元體(tǐ).上的壓(yā)力;
q一體(tǐ)積熱源(yuán);
St一能量(liang)源項;
T一(yi)溫度;
t一(yī)時間變(bian)量;
u一流(liu)體速度(dù);
ρ一密度(du);
λ一導熱(re)系數;
μ一(yi)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(wǎng)格空間(jian)中進行(hang)離散求(qiu)💃🏻解。
　　邊界(jie)條件主(zhǔ)要有熱(re)邊界和(he)冷卻邊(bian)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(wài)圍正對(dui)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(guan)道内冷(lěng)卻介質(zhi)的人口(kǒu)溫度(設(shè)定爲30℃/303.15K)和(he)入口流(liu)速或流(liú)量(約3m/s或(huò)0.0375kg/s)。
2計算結(jié)果分析(xī)
2.1盤管内(nei)無冷卻(què)時
　　盤管(guǎn)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(xiang)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(shì)。可以看(kàn)💰出,靠近(jìn)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(ge)熱層是(shi)❓無法滿(mǎn)足電磁(ci)流量計(ji)環境溫(wēn)度低于(yu)100℃的🔴要求(qiú)的。


2.2盤管(guǎn)有冷卻(que)時
　　盤管(guan)有冷卻(que)時電磁(cí)流量計(ji)溫度雲(yun)圖如圖(tú)6所示其(qí)🐕中最🏃‍♀️高(gao)溫✉️度爲(wei)設定的(de)液态金(jin)屬溫度(du)773.15K。電磁流(liu)量計關(guān)鍵部位(wèi)的三維(wéi)溫度場(chang)如圖7所(suo)示。可以(yi)看出,有(yǒu)了盤管(guan)内的冷(lěng)卻水,借(jie)助.銅導(dǎo)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(yao)求。


3結束(shù)語
　　以電(diàn)磁流量(liàng)計爲研(yan)究對象(xiang),采取符(fu)合實際(jì)的邊界(jie)🔴條🤞件,通(tōng)過數值(zhí)模拟方(fang)法得到(dao)了電磁(cí)流量計(ji)關鍵結(jié)構的溫(wēn)度場,關(guan)鍵部位(wèi)的最高(gao)溫度在(zai)80℃左右，高(gao)溫💛液态(tài)金屬試(shì)驗回路(lu)長周期(qī)運行期(qī)間電磁(ci)流量計(jì)🔞的性能(néng)不受高(gāo)溫環境(jing)的影響(xiǎng),保證了(le)運🎯行的(de)可靠🧡。

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