發(fā)布時間：2025-01-14 08:20

　　 針對大型氦低溫系統(tǒng)液氮槽中的螺旋盤管換熱器,建立三維仿真模型,模擬研究等壁溫條件下低溫氦氣在盤管內(nèi)部預(yù)冷過程中流動速度、溫度及密度分布,分析盤管內(nèi)氦氣徑向速度分布及換熱系數(shù)沿螺旋角的變化特性。通過改變低溫氦氣的質(zhì)量流量,研究流量變化對換熱系數(shù)以及換熱器出口溫度的影響。結(jié)果表明低溫氦氣在螺旋盤管內(nèi)流動受離心力影響,管內(nèi)密度,溫度及速度分布沿徑向存在梯度,湍流在螺旋角>90°后進入完全發(fā)展階段。在0.003 4～0.005 kg/s范圍內(nèi)增大質(zhì)量流量,Nu數(shù)增加,壓降增大,出口溫度幾乎不變。

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

圖1 螺旋盤管幾何模型示意圖

在超導(dǎo)托卡馬克EAST低溫系統(tǒng)的氦氣預(yù)冷換熱器中,約82K的低溫氦氣自上而下流過液氮浸泡的螺旋盤管。給定入口的質(zhì)量流量,管壁溫度保持不變,冷卻管內(nèi)流過的氦氣。通過控制換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)對m為0.0034、0.0042、0.005kg/s三種不同質(zhì)量流量條件下的流動換熱特性進行....

圖2 不同質(zhì)量流量下真實氣體與理想氣體模型模擬壓降結(jié)果與文獻值對比

得到壓降值與模擬值比較結(jié)果如圖2所示:圖2顯示隨著質(zhì)量流量增加,管路壓降逐漸增大,相較理想氣體模型,真實氣體模型的壓降結(jié)果精確了15%。利用文獻[16]報道的壓降計算經(jīng)驗公式得到的壓降值,與利用真實氣體模型得到的模擬結(jié)果之間誤差均≤5%,說明利用該模型得到的模擬結(jié)果準確可靠。

圖3 盤管入口網(wǎng)格劃分及網(wǎng)格無關(guān)性驗證

使用ICEM對模型以O(shè)型切分的方式進行網(wǎng)格劃分,盤管入口處網(wǎng)格劃分如圖3(a)所示,對近壁面區(qū)域網(wǎng)格進行加密,為保證近壁面處的計算精度,將Y+控制在<1的范圍內(nèi),為節(jié)約計算成本,并保證計算精度,進行網(wǎng)格獨立性驗證,以D為400mm、入口雷諾數(shù)Re為60000為例,通過評測不同....

圖4 不同螺旋角(?SymboljA@)截面徑向連接線速度分布圖

為研究低溫氦氣進入管路后的湍流發(fā)展情況,截取管路截面內(nèi)側(cè)(x/r=-1)至外側(cè)(x/r=1)徑向連接線上氦氣流動速度大小分布如圖4所示。由圖可看出,剛進入管路時,管路氦流體速度在各個方向分布較均勻,隨后隨著角度增加,速度大小分布發(fā)生變化,內(nèi)側(cè)流速逐漸降低,外側(cè)速度逐漸增加,速度中....

本文編號：4026664