大型氦低温系统中盘管换热器换热特性与结构优化研究

发布时间：2024-03-16 09:07

　　可控核聚变发电技术是未来能源发展的重要方向,目前国内采用的超导托卡马克磁约束装置的运行离不开大型氦低温系统,换热器作为低温系统中重要组成部分,是氦气从常温降至液氮乃至超临界温度的关键元器件。进一步探究大型氦低温系统中螺旋盘管换热器中氦流体低温流动传热机理,对中国未来聚变工程实验堆(CFETR)低温系统中螺旋盘管换热器的工程设计优化,提供了理论依据和参考数据,具有理论意义与应用价值。本文采用数值模拟的方法,针对螺旋盘管换热器内氦流体的流动传热特性进行了研究,主要工作内容如下:(1)基于管内对流换热数值计算理论,建立了螺旋盘管换热器的低温氦气流动和传热的物理与数学模型,并简化模型边界条件。利用ANSYS ICEM将螺旋盘管的几何模型划分为结构性网格,对近壁面区域网格进行加密处理,并控制Y⁺值<1,考察管内近壁面区域流动换热细节。对比几个常用的湍流模型,发现利用RNG k-ε两方程模型的计算值误差更小,验证了RNG k-ε两方程模型模拟结果的可靠性。(2)数值模拟研究了螺旋管内低温氦气的流动与传热,分析了螺旋盘管换热器管内流体速度、涡流、湍动能等流动参数和管内流体...

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1.2中国能源消耗占比（2018）

啻旁际?郾渥爸茫ㄆ渲写蟛糠质峭锌?砜俗爸茫???写旁际?郾涫笛?研究，目前，世界上规模最大的磁约束聚变装置为热核聚变实验反应堆“ITER”（InternationalThermonuclearExperimentalReactor），结构示意图如图1.3，其建设是为了进一步验证和....

图1.3ITER结构示意图

第一章绪论3境问题。磁约束聚变装置中使用的磁体均采用超导材料制成，相较于常规磁体，超导磁体具有诸多优点：首先，通过超导磁体获得的磁场更加稳定，对等离子体约束能力更强，可以增加核聚变装置运行的稳定性；其次，超导磁体内部没有常规磁体中存在的电阻，可以大大降低耗电量与发热量，提高能源利....

图1.4氦低温系统结构简图

合肥工业大学专业硕士研究生学位论文4设具有重要意义。1.2大型氦低温系统自1991年，海克·卡末林·昂内斯发现被冷却到-268.98℃（4.17K）时汞的电阻突然消失并称之为超导态后[10]，关于超导材料的研究蓬勃发展。我国聚变实验堆中极向场与纵向场线圈所使用的超导磁体材料均为N....

图3.1螺旋管几何模型示意图

5mm，螺旋管曲率直径为D=400mm，螺旋管总长度L为2531.27mm。（a）中以y轴作为螺旋管旋转轴线，坐标原点为螺旋管曲率圆圆心，螺旋管出口圆心位于螺旋管曲率圆上。为自入口处开始管路绕旋转轴旋转角度值，当旋转角度为360°时，螺旋管向上抬升，高度为螺距H。入口处inner....

本文编号：3929429