摘(zhāi)要：利用(yòng)CFD軟件FLUENT對(duì)高溫液(yè)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(háng)了數值(zhí)模拟計(jì)算,結果(guǒ)表明:若(ruò)無冷卻(que)⛱️措施👄,電(dian)🥰磁流量(liang)計的局(ju)部溫度(du)會超過(guo)200C;冷卻方(fang)案下，電(diàn)磁流量(liang)計的整(zhěng)體🧡溫度(dù)可有效(xiao)控制在(zai)1009C以下,确(que)保了高(gāo)溫液态(tai)金屬♌試(shi)驗回路(lù)中電磁(cí)流量計(jì)的可靠(kào)性。
　　在未(wèi)來深空(kong)探測領(ling)域中,液(ye)态金屬(shǔ)冷卻反(fan)應堆可(kě)用于♊提(tí)供動力(li)支持,目(mù)前各國(guo)正在廣(guang)泛開展(zhan)這方📱面(miàn)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(bù)件級試(shì)驗對它(ta)進行可(ke)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(hui)路2],回😄路(lù)中設有(yǒu)電磁流(liú)量計來(lái)♍測量液(yè)态金🍓屬(shǔ)NaK的流量(liàng)。然💘而,現(xian)階段設(shè)計的電(dian)磁流量(liàng)計中的(de)某些部(bu)件無法(fǎ)長期耐(nài)受💋100C以上(shang)的高溫(wen)，爲了确(que)保高溫(wen)液态金(jin)屬試驗(yan)🔞回路長(zhang)周期運(yun)行期間(jiān)電.磁流(liu)量計的(de)性能不(bu)受高溫(wen)環境的(de)影響,需(xū)要對流(liú)量計進(jìn)行冷卻(què)處理。爲(wèi)此,設計(jì)人員在(zai)高溫管(guǎn)道與流(liú)量計之(zhi)間✌️設計(jì)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(dui)電磁流(liú)量計進(jin)行三維(wéi)熱工計(jì)算,以評(píng)價其運(yùn)行可靠(kao)性。
1計算(suan)模型
1.1幾(jǐ)何模型(xíng)
　　高溫液(ye)态金屬(shǔ)試驗回(hui)路如圖(tu)1所示2,該(gai)回路位(wèi)于一個(ge)大的真(zhen)空室内(nei)，電磁流(liu)量計(圖(tu)2)安裝在(zai)電磁泵(bèng)和電加(jiā)熱線圈(quān)之間的(de)管路🚩上(shàng),主要由(you)永磁體(ti)、銅導體(ti)、隔熱材(cai)料及冷(leng)卻盤管(guǎn)👨‍❤️‍👨等組成(cheng)。該試驗(yan)回路中(zhōng)，液态🧡金(jin)屬NaK的最(zui)高試驗(yàn)溫度可(kě)達500℃。


1.2網格(ge)劃分
　　利(li)用GAMBIT軟件(jian)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(hang)網格劃(huà)分(圖3),保(bao)證在提(tí)高網格(ge)質量的(de)同🧑🏽‍🤝‍🧑🏻時最(zui)💞大限度(du)地👄降低(dī)網格數(shu)目,網格(ge)獨立性(xing)驗證後(hòu)最終使(shi)用的網(wǎng)格數🐪目(mù)約100萬

1.3計算(suàn)方法
　　通(tong)過數值(zhí)模拟方(fang)法3]可以(yǐ)顯示并(bìng)分析流(liú)動和傳(chuan)熱現象(xiàng)，并👣可以(yǐ)得到相(xiàng)應過程(chéng)的最佳(jiā)設計參(cān)數,爲試(shi)驗提供(gòng)指導,節(jie)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(he)數值計(ji)算方法(fǎ)的日趨(qū)成熟,出(chū)現了基(jī)于現有(you)流動理(li)論的商(shāng)♉用計算(suan)流體動(dong)力學(CFD)軟(ruan)件,爲解(jiě)決實際(ji)工程問(wèn)題(如特(tè)殊儀器(qi)儀表仿(pang)真模拟(nǐ)等)提供(gòng)了新方(fāng)法4-101
　　電磁(cí)流量計(jì)部件涉(shè)及冷卻(què)水流動(dong)與換熱(re)、固體域(yu)熱傳導(dǎo)🚶等控制(zhì)方程,冷(leng)卻水可(kě)視爲不(bú)可壓縮(suo)湍流流(liú)動，采用(yòng)标準k-8模(mó)型标準(zhun)壁面函(han)數方法(fǎ)，得到冷(lěng)卻水流(liu)動換熱(re)基本控(kong)制方程(chéng)分别如(ru)下☂️:

式中(zhong)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(yā)力;
q一體(ti)積熱源(yuán);
St一能量(liang)源項;
T一(yī)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(rè)系數;
μ一(yī)流體黏(nián)度;
下角(jiao)
i、j、k--1、2、3,代表笛(dí)卡爾坐(zuo)标系下(xia)的3個方(fang)向。
　　方程(cheng)(1)~(4)可使用(yong)FLUENT軟件在(zai)三維網(wang)格空間(jiān)中進行(háng)離散求(qiú)❌解🏃‍♂️。
　　邊界(jie)條件主(zhu)要有熱(re)邊界和(hé)冷卻邊(bian)界兩種(zhong)。其中熱(rè)邊界爲(wei)液态金(jin)屬溫度(dù),設定爲(wèi)試驗時(shí)的最高(gao)溫度500℃(773.15K)，外(wai)圍㊙️正對(dui)真空🈲室(shi)内壁的(de)表面設(shè)定爲70℃;冷(lěng)卻邊界(jiè)主要有(yǒu)冷卻管(guan)道内冷(lěng)卻❤️介質(zhì)的人口(kou)溫♻️度(設(shè)定爲30℃/303.15K)和(he)入口流(liú)速或流(liu)量(約3m/s或(huò)0.0375kg/s)。
2計算結(jié)果分析(xi)
2.1盤管内(nei)無冷卻(que)時
　　盤管(guǎn)内無冷(lěng)卻時電(diàn)磁流量(liang)計關鍵(jiàn)部位的(de)溫度剖(pōu)面雲圖(tú)如圖4所(suǒ)示，軸向(xiang)低、中、高(gāo)3個位置(zhi)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(shu)管路外(wài)壁一側(cè)的最高(gāo)溫🥰度在(zài)200℃左右，故(gu)僅靠隔(ge)熱層是(shi)無法滿(mǎn)足電磁(cí)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(què)時
　　盤管(guǎn)有冷卻(que)時電磁(ci)流量計(ji)溫度雲(yun)圖如圖(tu)6所示其(qí)中最高(gāo)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(guān)鍵部位(wèi)的三維(wei)溫度場(chang)🌈如圖7所(suo)示。可以(yi)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(dao)率，可以(yi)把電磁(ci)流量計(jì)的最高(gao)溫度維(wei)持在80℃左(zuo)右⛷️，滿足(zu)低于100℃的(de)設計要(yao)求。


3結束(shu)語
　　以電(diàn)磁流量(liàng)計爲研(yan)究對象(xiàng),采取符(fu)合實際(jì)的邊界(jie)條件🆚,通(tong)♊過🐪數值(zhí)模拟方(fāng)法得到(dao)了電磁(ci)流量計(jì)關鍵結(jie)構的溫(wēn)🌍度場,關(guan)鍵部位(wèi)的最高(gāo)溫度在(zài)80℃左右，高(gao)溫液态(tai)金屬試(shi)驗回路(lù)長周期(qi)運行期(qī)間電磁(cí)流量計(jì)的性能(néng)不🐇受高(gao)溫環📐境(jìng)的影響(xiǎng),保證了(le)運行的(de)可靠💋。

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