摘要：利用CFD軟件FLUENT對(duì)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(míng):若無冷卻措施🛀,電(diàn)磁流量計的局部(bù)溫度會超過200C;冷卻(què)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(zhong)電磁流量計的可(kě)靠性。
　　在未來深空(kong)探測領域中,液态(tài)金屬冷卻反應堆(dui)可用于提供動力(li)支持,目前各國正(zhèng)在廣泛開展這方(fang)面的⁉️研究"。但在反(fǎn)應堆應用之前需(xu)要在地面建立系(xì)統級或部件級試(shi)驗🔴對它進🌏行可行(hang)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(lai)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(jiàn)無法長期耐受100C以(yǐ)上的高溫，爲了确(què)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(xiǎng),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(liàng)計進行三維熱工(gōng)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(huí)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(liú)量計(圖2)安裝在電(diàn)磁泵和電加熱線(xiàn)圈之間的💘管路📞上(shàng),主要由永磁體、銅(tong)導體💋、隔熱材料及(ji)冷卻盤管等組成(chéng)。該試驗回路中，液(ye)态🔞金屬NaK的最高試(shi)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(duì)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(shi)最大限👣度地降低(di)網格數目,網格獨(du)立性驗證後最終(zhōng)使用的♍網格數目(mù)約100萬

1.3計(jì)算方法
　　通過數值(zhí)模拟方法3]可以顯(xian)示并分析流動和(hé)傳熱現象☁️，并🈲可以(yi)🔞得到相應過程的(de)最佳設計參數,爲(wèi)試❄️驗提✔️供指導,節(jie)省了以往試驗所(suo)需的人力、物力和(hé)時間。随着計算🙇🏻機(jī)軟硬件技術✉️的發(fa)展♉和數值計算㊙️方(fāng)法的日趨成熟,出(chu)現了基于🈲現有流(liú)動理論的商用計(ji)算流體♊動力學(CFD)軟(ruǎn)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(jiàn)涉及冷卻水流動(dong)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(dòng)，采用标準k-8模型标(biao)準壁面函數方法(fǎ)，得到冷卻水流動(dòng)👅換熱基本控制方(fang)程分‼️别如下:

式中(zhōng)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(neng)量源項;
T一溫度;
t一(yī)時間變量;
u一流體(ti)速度;
ρ一密度;
λ一導(dǎo)熱系數;
μ一流體黏(nian)度;
下角
i、j、k--1、2、3,代表笛卡(kǎ)爾坐标系下的3個(ge)方向。
　　方程(1)~(4)可使用(yong)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(lěng)卻邊界兩種。其中(zhong)熱邊界爲液态金(jīn)屬溫度,設定爲試(shi)驗時的最高溫度(dù)500℃(773.15K)，外圍正對真空🛀室(shi)内壁的表面設定(ding)爲70℃;冷卻邊界主要(yào)有冷卻管道内冷(lěng)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(huò)0.0375kg/s)。
2計算結果分析
2.1盤(pan)管内無冷卻時
　　盤(pán)管内無冷卻時電(diàn)磁流量計關鍵部(bù)位的溫度剖面雲(yun)圖如圖🌈4所示，軸向(xiang)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(kàn)出,靠近高溫液态(tài)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(diàn)磁流量計環境溫(wen)度低于100℃的要求的(de)。


2.2盤(pán)管有冷卻時
　　盤管(guan)有冷卻時電磁流(liu)量計溫度雲圖如(rú)圖6所示其中最高(gāo)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(wèi)的三維溫度場如(ru)圖7所示。可以看出(chū),有了盤管内的冷(leng)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(yú)100℃的設計要求。


3結(jié)束語
　　以電磁流量(liàng)計爲研究對象,采(cǎi)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(jiàn)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(yùn)行的可靠。

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