随机填充球床通道内氦气流动特性实验研究

摘要

在聚变堆氦冷固态包层氚增殖区,球床通道内氦气流动压降特性对泵功率的设计具有重要意义.以氦冷固态包层氚增殖区为背景,研究了氦气流速、球床颗粒直径及球床通道长度对球床通道内氦气流动压降特性的影响.实验段采用20 m m×20 m m×500 m m的矩形通道,实验中氦气流速为0.1~0.6 m/s,球床颗粒直径为0.5、0.8、1.0、1.5、2.0 mm.实验结果表明,压降与氦气流速以及球床通道长度呈正相关,与球床颗粒直径呈负相关.对比Ergun关系式发现,在球床颗粒直径较小时,Ergun关系式预测值低于实验值,这主要是由于氦气可压缩性的影响.通过动量方程,理论推导出经可压缩性修正的Ergun关系式,结果发现修正后的Ergun关系式预测值与实验值符合良好.本研究为氦冷固态包层氚增殖区设计提供了数据支撑,为球床通道内流动特性的数值模拟提供了验证手段.