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摘要
螺旋管换热器结构紧凑,传热性能好,承压能力强,广泛应用于发电,制冷等领域。大型氦低温系统是粒子加速器和核聚变实验装置的重要组成部分及关键系统之一,其通过多级制冷循环冷却超导磁体。螺旋管换热器浸于液氮浴中,预冷螺旋管中流动的氦气,因此研究螺旋管内氦的流动传热特性,探究提高换热器传热效率的方法以及确保氦低温系统稳定运行,防止超导磁体失超等具有重要意义和应用价值。本文应用Fluent软件,采用RNG k-ε湍流模型,并导入NIST真实气体模型。数值模拟了恒定壁温的螺旋管内氦的流动传热,数值计算分析了螺旋管中氦的换热过程及其速度,温度和压力分布。研究了螺旋管内沿程温度分布和局部对流换热系数的变化规律,得到不同质量流量下管内流动传热性能参数。结果表明,管内氦的流动和传热主要受离心力的影响;当质量流量增加时,管中局部传热系数的峰值增加;增大雷诺数,传热增强,管内氦的平均温度降低,但压损增大。通过实验验证,发现模拟与实验结果相吻合。为螺旋管换热器结构优化提供了理论依据和技术支撑。
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单位合肥工业大学; 中国科学院等离子体物理研究所
