波纹管内流动特性实验研究.pdfVIP

中国工程热物理学会 传热传质学 学术会议论文 编号：073414 波纹管内流动特性的实验研究木 孙凤玉张鹏 上海交通大学制冷与低温工程研究所，上海200240 摘要：随着超导技术的发展，高温超导电缆在电力输运中逐渐得到重视并进行了广泛的研究。由于波 纹管具有良好的柔韧性和收缩性，在高温超导电缆中得到应用。为了研究波纹管内的流动特性，对通 数范围内，测量了氮气的质量流量和压力损失，计算得到流动摩擦系数。分析表明：压力损失随质量 流量的增大而增大；摩擦系数随雷诺数的增大而减小。 关键词：波纹管，摩擦系数，湍流 1引言 高温超导电缆采用价格低廉的液氮作为冷却介质，其传输损耗仅占输电量的0．5％， 比常规电力电缆的传输损耗低90％以上。同时输电容量可提高3～5倍，具有传输容量 大、损耗小、体积小、重量轻、无火灾隐患、无电磁辐射污染等常规电缆无法比拟的诸 多优点，是实现低损耗、高效率、大容量输电的有效途径。目前，美国、日本、德国、 韩国等投入大量入力、物力进行研发和工业应用研究。 高温超导电缆芯由骨架、导体和滑道线组成，导体层问有电绝缘。电缆的骨架采用 柔性不锈钢波纹管，液氮在骨架内流动以冷却超导体【1】。因而，研究波纹管内的流动特 设计输送管线。测量了在不同质量流量下，10米长的波纹管的压力损失，用来计算流动 Ho 摩擦系数，并且与光管的摩擦系数进行了比较。Ch翘g Lee等【3】对超导电缆中液氮的 换热和压力损失进行了研究。分析了换热和压力损失随波纹管几何结构的变化情况。基 于数值计算结果，对如何更好的设计超导电缆进行了讨论。Mi￡Sllllo FumSe等【4】对超导 电缆传输管内液氮的逆向流冷却性能进行了实验研究分析。在冷却测试中，观察到了质 量流率的脉动。讨论了脉动周期与管长间的关系。W色isend II等【5】对低温流体(氮气、 He ll、液氮)在波纹管内的流动压降进行了实验研究。 本文对液氮和氮气在波纹管内的流动特性进行了实验研究，并对实验结果进行了详 尽的分析，着重对雷诺数、波纹管几何尺寸对管内流动压力损失的影响进行了分析。 2实验系统和数据处理 2．1实验系统 液氮实验系统如图1所示。过冷液氮由储液罐1经输液管3，进入波纹管实验段6， 经过循环水槽换热器8完全汽化，利用卡门涡街气体流量计9测量流量后排空。流量由 输液阀2调节。为减少实验段的漏热，将实验段6安放在一个高真空杜瓦5中，并通过 Pa。为了减少输液管3的漏热，长仅有450呦， 真空泵7将杜瓦5内桶真空维持在9．10 2700)采 并加有保温材料。所有的压力、温度和流量信号都由数据采集仪10(Keitllley 日(055t211003) 295 集储存到计算机。 氮气实验系统如图2所示。氮气由氮气钢瓶1经输液管4，进入波纹管实验段6， 利用卡门涡街气体流量计7测量流量后排空。流量由流量条件阀3调节。所有的压力和 流量信号都由数据采集仪8(Keithley2700)采集储存到计算机。 实验所用波纹管的几何外形如图3所示，几何尺寸如表1所示。波纹管长1000lllm， 在波纹管前后各连接一段光管，光管内径与波纹管的最小内径基本相同。在压差测点用 西3×O．75肌肌的毛细管引出，并与差压变送器连接。在压差测点周围焊接铜．康铜热电 偶，测量波纹管的壁面温度。 。