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考核案例 —— 液氢管线的骤冷过程(CHILLDOWN)

  这个案例对比了SINDA/FLUINT计算结果与1966年美国国家标准局的实验数据(现在的国家标准技术研究所 NIST),新模型为SINDA/FLUINT 4.7版本,同时使用了C&R公司的Thermal DesktopFloCAD,用于建模和后处理。

  在国家标准局的实验中,使用了300升容积的压力箱提供近乎常温常压的液氢。压力箱与大气环境间通过装有一系列阀门的空管线隔离。管线为真空隔离的3/4英寸铜管。在起始时刻,打开一个阀门(假定是最下游处),使得液氢流动起来并充满整个管线,然后在出口处排放。

与实验数据的对比

  下面给出的瞬态变化规律代表了这次研究的主要内容——计算结果和国家标准局的实验数据对比。数据表明:计算得到的管线进口端注入速度稍稍快于实验结果,但在整体上,计算结果与实验数据符合程度很好,尤其对最重要的参数——管线完全冷却下来的时间(液氢消耗时间),模拟的非常准确。

  借用第三方的实验数据进行分析评估通常都是很困难的,因为许多参数都是未知的。这个案例恰好是个例外,几乎所有的不确定参数都对最终结果没有影响或影响很小。但也有2个例外,就是铜的比热和壁面粗糙度。

  比热 -- 随温度变化的比热对计算结果有着重要影响。 比热影响显着的原因在于管线温度迅速下降的范围有250K之多。模型采用了抗氧化高热导铜的比热与温度关系曲线。这种材料虽然不太可能出现在NBS实验室的清单上,但是由于没有更好的数据,因此,尽管知道曲线比例系数的调整有可能会引起最终计算结果(时间)出现较大的变化,也未对此再做进一步的修正。

  壁面粗糙度 -- 另一个不可忽略的、但影响相对较小的随机影响就是壁面粗糙度。上一部分给出的计算结果是在e/D = 0.0004 (FLUINT中的WRF系数)条件下得到的,这个值比商用铜管粗糙度值稍稍高一些 (e/D~10-4)。给出偏高粗糙度值的原因是考虑到NBS报告中未描述接头或接缝等因素的影响。需注意的是,光滑壁面假设 (e/D=0) 只是会使降温时间加速3.5%,所以粗糙度对计算结果的影响并不很重要。

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SINDA/FLUINT代理商:

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