波紋管和毛細(xì)管內(nèi)液氮流動(dòng)和換熱特性研究.pdf

1、隨著超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展，高溫超導(dǎo)電纜在電力輸運(yùn)中逐漸得到重視并進(jìn)行了廣泛的研究。由于波紋管具有良好的柔韌性和收縮性，在高溫超導(dǎo)電纜中得到應(yīng)用。波紋管內(nèi)的流動(dòng)壓力損失參數(shù)是高溫超導(dǎo)電纜低溫容器的主要的設(shè)計(jì)參數(shù)，這是因?yàn)閴毫p失決定了高溫超導(dǎo)電纜的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、循環(huán)壓力以及液氮泵的功率。所以研究波紋管內(nèi)的流動(dòng)特性具有重要意義。為此，對(duì)通徑為6，8和10的波紋管內(nèi)液氮、氮?dú)夂退牧鲃?dòng)特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，為了更好分析波紋管內(nèi)的流動(dòng)特性，對(duì)波紋管內(nèi)液氮的

2、流動(dòng)特性進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算。 為了進(jìn)行波紋管內(nèi)液氮流動(dòng)特性的實(shí)驗(yàn)研究，制作了波紋管實(shí)驗(yàn)段，實(shí)驗(yàn)段的真空絕熱結(jié)構(gòu)，搭建了實(shí)驗(yàn)臺(tái)。測(cè)量了液氮在通徑為8波紋管內(nèi)的流動(dòng)壓降。分析發(fā)現(xiàn)：在10000～25000的雷諾數(shù)范圍內(nèi)，液氮在波紋管內(nèi)流動(dòng)具有波動(dòng)性，壓力損失隨雷諾數(shù)的增大而增大，要遠(yuǎn)大于光管的壓力損失。 為了對(duì)比分析不同流體在波紋管內(nèi)的流動(dòng)特性，搭建了氮?dú)夂退诓y管內(nèi)流動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)。測(cè)量了氮?dú)夂退谕◤綖?，8和10的波紋管內(nèi)流動(dòng)

3、壓降。分析表明：在4000～40000的雷諾數(shù)范圍內(nèi)，壓力損失隨質(zhì)量流量的增大而增大。在同一質(zhì)量流量下，壓力損失由大到小依次為DN6﹥DN8﹥DN10。壓力損失隨雷諾數(shù)的增大而增大。在同一雷諾數(shù)下，壓力損失由大到小依次為DN6﹥DN8﹥DN10。波紋管的摩擦系數(shù)要高于光管的摩擦系數(shù)。摩擦系數(shù)隨波紋高度的減小而減小。 對(duì)比發(fā)現(xiàn)：在波紋管內(nèi)液氮、氮?dú)夂退牧鲃?dòng)特性類似。不同的是：在同雷諾數(shù)下，液氮的壓力損失介于水的壓力損失和氮?dú)獾膲?/p>

4、力損失之間，但是水的摩擦系數(shù)卻要小于氮?dú)獾哪Σ料禂?shù)。 為了進(jìn)一步研究液氮在波紋管內(nèi)的流動(dòng)特性，應(yīng)用FLUENT軟件對(duì)液氮在波紋管內(nèi)的流動(dòng)特性進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，得到了液氮在不同波紋管內(nèi)流動(dòng)的壓力、速度分布，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)的分析。分析表明：壓力損失隨入口速度的增大而增大；在波紋管的波紋的前端和后端具有不同的壓力梯度分布，并且后端處的壓力要高于前端處的，在波紋內(nèi)形成了渦旋流；在所考察的40000～200000雷諾數(shù)范圍內(nèi)，雷諾數(shù)對(duì)摩

5、擦系數(shù)的影響不大，而波紋尺寸對(duì)摩擦系數(shù)具有主要的影響。摩擦系數(shù)隨s/t的增大而減小。 液氮是冷卻超導(dǎo)體的最佳工質(zhì)。高溫超導(dǎo)體的形狀多種多樣，其中包括絲狀，出于緊湊的考慮，對(duì)高溫超導(dǎo)細(xì)絲的冷卻可采用毛細(xì)管。為此，本文還研究了毛細(xì)管管徑以及傾角對(duì)其內(nèi)的加熱絲與液氮的換熱效果的影響。應(yīng)用FLUENT軟件對(duì)0°、30°、60°、90°傾角下管徑為1.2和2.0的毛細(xì)管內(nèi)的加熱絲與液氮的換熱情況進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，得到了管內(nèi)液氮的速度、溫度以