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液态金属包层磁Q345B流体管流的数值模拟

文章来源:山东聊城凯泰管业有限公司 人气:25 发表时间:2017/9/16 14:27:25

液态金属包层磁Q345B流体管流的数值模拟

实验包层模块是国际热核聚变反应堆的关键技术之一,主要用于产氚和将聚变能转化为热能。实验包层有固态氚增殖剂包层和液态氚增殖剂包层,液态金属包层由于对复杂的几何构造有好的适应性以及良好的载热和导热能力而备受关注,本文对液态锂铅包层进行研究。

 液态金属在实验堆中作为冷却剂时受到约束等离子体的外加强磁场的作用,当液态金属在包层内流动时由于外加磁场的作用会产生磁流体动力学效应,将在包层内产生额外的MHD压降,因此减小包层内磁流体动力学效应产生压降的研究具有很重要的意义。

目前国内外对包层内磁流体效应压降的研究主要是层流模型的数值模拟,采取降低MHD压降的方法是在包层内增加开口的通道插件,即在包层管壁内侧增加一层碳化硅材料的绝缘层。

通道插件将流体分成两个不同流体状态的区域,通过通道插件的低电导和开孔平衡压力,使中心区流速高,边界区流速低并且大大降低压降。但对于包层内湍流模型磁流体动力学效应的数值模拟还比较少。

 本文基于FLUENT计算流体力学软件对磁流体层流模型和湍流模型进行了数值模拟计算。重点是探寻用低雷诺数模型计算磁流体管流湍流模型的计算方法,以及磁流体管流湍流模型与层流模型的比较。

不同雷诺数和不同哈特曼数对绝缘管壁管内流体速度分布和压降的影响,验证了用低雷诺数LB模型计算磁流体湍流模型的可行性,比较了磁流体管流层流模型和湍流模型管内速度分布和压降特性。

导电管壁对磁流体管流层流模型和湍流模型管内速度分布和压降的影响,并且比较了导电壁层流模型和导电壁湍流模型管内速度和压降分布。

根据数值模拟结果可知,对于绝缘管壁模型,湍流模型能使管内流体速度更加平均化,管内流体的压降减小。强的外加磁场强度使管内速度更加平均化和流体入口长度较小;高的雷诺数能使管内压降略微减小。对于导电管壁模型,在相同的哈特曼数条件下,导电壁面湍流模型能使管内流体速度更加平均化,而且与层流模型相比,湍流模型能减小管内流体的压降。

因此,通过数值计算可以对以后磁流体湍流模型的研究起指导作用。


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