摘要：利用CFD軟件FLUENT對(dui)高溫液态金屬試(shi)驗回路中的電磁(cí)流量計 三維溫度(dù)場進行了數值模(mó)拟計算,結果表明(ming):若無冷✔️卻措施,電(dian)磁流量計的局部(bu)溫度會超過200C;冷卻(que)方㊙️案下🐉，電磁♈流量(liang)計的整體溫度可(ke)有效控制在1009C以下(xia),确保了高溫液态(tài)金屬試驗回路中(zhōng)電磁流量計的可(ke)靠性。
　　在未來深空(kong)探測領域中,液态(tai)金屬冷卻反應堆(duī)可😍用于提供動力(lì)支持,目前各國正(zhèng)在廣泛開展這方(fāng)面的研究"。但在反(fan)應堆應用之前需(xu)要在地面建立系(xi)統級或部件級試(shì)驗對它進行可行(háng)性驗證，爲此💯研究(jiū)人員設計了一套(tào)高溫液态金屬試(shi)驗回路2],回☎️路中設(shè)有電磁流量計來(lái)🔴測量液态金屬NaK的(de)流量。然而,現階段(duan)設計的電磁流量(liang)計中的某些部件(jian)無法長期耐受100C以(yi)上的🌈高溫，爲♊了确(que)保高溫液态金屬(shu)試🥰驗回路長周期(qī)運行期間電.磁流(liu)量計的性能不受(shou)高溫環境的影響(xiang),需要對流量🔴計進(jin)行冷卻處理。爲此(cǐ),設計人員在高溫(wen)管道與流量計之(zhī)間設計了隔熱材(cai)料和冷卻盤管,筆(bi)者利用數值模拟(ni)技術對電磁流量(liang)計進行三維熱工(gong)計算,以評價其運(yùn)行可靠性。
1計算模(mó)型
1.1幾何模型
　　高溫(wēn)液态金屬試驗回(hui)路如圖1所示2,該回(huí)路位于一個大🈲的(de)真空室内，電磁流(liu)量計(圖2)安裝在電(dian)磁泵和電加熱線(xiàn)圈之間的😘管路上(shàng),主要由永磁體、銅(tóng)導體、隔熱材料及(jí)冷卻盤管等組成(chéng)。該試驗回路中，液(yè)态金屬NaK的最高試(shì)驗溫度可達500℃。


1.2網格劃分
　　利用GAMBIT軟(ruan)件采取結構化的(de)網格劃分方式對(dui)電磁流量計三👈維(wei)模型進行網格劃(huà)分(圖3),保證在提高(gāo)網格質量的同時(shí)最大限度地降低(di)網格數目,網格獨(dú)立性驗證後最終(zhong)使用的網格數目(mu)約100萬

1.3計(ji)算方法
　　通過數值(zhi)模拟方法3]可以顯(xiǎn)示并分析流動和(he)傳熱現象，并可以(yǐ)🌈得到相應過程的(de)最佳設計參數,爲(wei)試驗提☀️供指導,節(jie)省了⁉️以往試驗所(suo)需的人力、物力和(he)時間。随着計算😍機(jī)軟硬件技術的發(fā)展🔞和數值計算方(fāng)法的日趨成熟,出(chū)現了基于現有流(liú)動理論的商用計(jì)算流體動力學(CFD)軟(ruan)件✔️,爲解決實際🌈工(gong)程問題(如特殊儀(yi)器儀表⛹🏻‍♀️仿真模拟(nǐ)等)提✔️供了新方法(fa)4-101
　　電磁流量計部件(jian)涉及冷卻水流動(dòng)與換熱、固體域熱(re)傳導💃🏻等控制方程(cheng),冷卻水可視爲不(bú)可壓縮湍流流動(dong)，采用🌈标準k-8模型标(biāo)準壁面函數方法(fǎ)，得到冷卻水流動(dong)換熱基本控制方(fang)程分别如下:

式中(zhong)Cp--比熱容;
?exit一動量守(shǒu)恒方程的廣義源(yuán)項;
h一顯焓;
p一流體(tǐ)微元體.上的壓力(lì);
q一體積熱源;
St一能(néng)量源項;
T一溫度;
t一(yi)時間變量;
u一流體(tǐ)速度;
ρ一密度;
λ一導(dǎo)熱系數;
μ一流體黏(nián)度;
下角
i、j、k--1、2、3,代表笛卡(ka)爾坐标系下的3個(ge)方向。
　　方程(1)~(4)可使用(yòng)FLUENT軟件在三維網格(ge)空間中進行離散(sàn)求解。
　　邊界條件主(zhu)要有熱邊界和冷(leng)卻邊界兩種。其中(zhong)熱邊界爲液态金(jin)屬溫度,設定爲試(shì)驗時的最高溫度(du)500℃(773.15K)，外圍正對真空♊室(shì)内壁的表面設定(ding)爲70℃;冷卻邊界主要(yao)有冷卻管道内冷(leng)卻介質的人口溫(wen)度(設定爲30℃/303.15K)和入口(kǒu)流速🐇或流量(約3m/s或(huo)0.0375kg/s)。
2計算結果分析
2.1盤(pán)管内無冷卻時
　　盤(pán)管内無冷卻時電(dian)磁流量計關鍵部(bù)位的溫度剖面雲(yun)圖如圖4所示，軸向(xiàng)低、中、高3個位置上(shàng)的溫度剖面雲圖(tu)如圖5所示。可🔴以看(kan)出,靠近高溫液态(tai)金屬管路外壁一(yi)側的最高溫度在(zài)200℃左☁️右，故僅靠隔熱(re)層是無法滿足電(dian)磁流量🚶‍♀️計環境溫(wen)度低于100℃的要求的(de)。


2.2盤(pan)管有冷卻時
　　盤管(guan)有冷卻時電磁流(liu)量計溫度雲圖如(ru)圖6所示其中最高(gao)溫度爲設定的液(ye)态金屬溫度773.15K。電磁(ci)流量計關鍵部位(wei)的三維溫📞度場如(rú)圖7所示。可以看出(chū),有了盤管内的冷(lěng)卻水,借助.銅導體(ti)良好的熱導率，可(kě)以把電磁流量計(ji)的最高溫度維持(chí)在80℃左右，滿足低于(yu)📱100℃的設計要求。


3結(jie)束語
　　以電磁流量(liàng)計爲研究對象,采(cai)取符合實際的邊(biān)界🈲條件,通⛱️過數🌈值(zhí)模拟方法得到了(le)電磁流量計關鍵(jian)結構的溫⭐度場,關(guān)鍵部位的最高溫(wen)度在80℃左右，高溫液(ye)态金屬試驗回路(lù)長周期運行期間(jian)♌電磁流量計的性(xìng)能不受高溫環境(jìng)的影響,保證了運(yun)行的可靠。

以上内(nèi)容源于網絡，如有(yǒu)侵權聯系即删除(chu)!