針對(duì)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(guò)程中流動(dòng)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(guò)改變低溫氦氣的質(zhì)量流量,研究流量變化對(duì)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(dòng)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(jìn)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。

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【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(guò)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(guò)的氦氣。通過(guò)控制換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)m為0.0034、0.0042、0.005kg/s三種不同質(zhì)量流量條件下的流動(dòng)換熱特性進(jìn)行....

圖2 不同質(zhì)量流量下真實(shí)氣體與理想氣體模型模擬壓降結(jié)果與文獻(xiàn)值對(duì)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(shí)氣體模型的壓降結(jié)果精確了15%。利用文獻(xiàn)[16]報(bào)道的壓降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式得到的壓降值,與利用真實(shí)氣體模型得到的模擬結(jié)果之間誤差均≤5%,說(shuō)明利用該模型得到的模擬結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

圖3 盤管入口網(wǎng)格劃分及網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證

使用ICEM對(duì)模型以O(shè)型切分的方式進(jìn)行網(wǎng)格劃分,盤管入口處網(wǎng)格劃分如圖3(a)所示,對(duì)近壁面區(qū)域網(wǎng)格進(jìn)行加密,為保證近壁面處的計(jì)算精度,將Y+控制在<1的范圍內(nèi),為節(jié)約計(jì)算成本,并保證計(jì)算精度,進(jìn)行網(wǎng)格獨(dú)立性驗(yàn)證,以D為400mm、入口雷諾數(shù)Re為60000為例,通過(guò)評(píng)測(cè)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(jìn)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(dòng)速度大小分布如圖4所示。由圖可看出,剛進(jìn)入管路時(shí),管路氦流體速度在各個(gè)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(hào)：4026664