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1.研究目标
高温超导输电系统中的超导电缆需要用液氮将线材维持在超导转变温度以下。由于
电缆安装的需要，装载液氮的低温保温管道需要具有柔性特征，其具体实现是采用金属
波纹管同轴嵌套形成真空夹套方案，在封闭的夹套空间内，填充多层绝热防热辐射。超
导电缆每隔一段距离设置一个“站”，用于补充维持液氮不至气化的冷量以及提供循环
动力以克服因流动阻力带来的液氮损失（通过低温泵实现）。因此，在工程设计相
邻两站之间的最大允许距离以及所需选择泵的扬程时，就需首先获得准确的、定量的波
纹管内液氮流动特性，包括沿程壁面漏热气化特性和流动阻力特性，特别是当管内安装
有电缆及其支撑固定结构的时候。这里面涉及传热和流动两方面的科学问题。
要解决上述问题，可以通过理论建模和计算流体力学CFD方法进行模拟并获得适应
工作范围及不同场合下的压降和传热经验关联式。但是该类型的关联式需要通过满足相
似原理情况下的多个实验工况来确定有关系数以及验证模型的可靠性。通过这一技术路
线获得的经验关联式，将为工程应用的泵组选型和相邻两“站”的距离设置提供指导。
本项目的研究目标即：得到装在有超导电缆的波纹管内液氮流动的压降和温升与以
下参数的关系，形成可供查询的拟合：
波纹管几何参数：管长、波距、波高、管内径、类型（环形、螺纹形）
重力方向：波纹管倾斜角度
液氮流动参数：进口流量（流速）、、排放背压
管内电缆及支撑材料的几何尺寸和结构
真空绝热柔性管的单位长度漏热量[即绝热性能]
2.研究方案
本项目研究方案包含实验和理论两部分。
理论研究以CFD仿真软件AnsysFluent作为工具，首先对实验用的波纹管和直管内
流动情况进行数值模拟，计算结果和实验结果进行对比分析，如果吻合良好，则将此方
法应用于不同几何尺寸的波纹管以及不同参数的流动情况，从而得到大量的仿真数据，
通过这些数据即可得到超导电缆内压降、温升与各参数的拟合。
实验方案是在满足相似原理的情况下，选择若干工况，在波纹管内进行液氮流动实
验，同时进行直管的对比实验，测量不同情况下管道与出口的压降，以及管道
不同位置液氮的温度，这些数据主要用于和仿真数据进行对比验证。
在获得经相似（缩小模型）实验的经验关联后，可以对实际1:1超导电缆模型进行数值
模拟，得到模型内压降和温升在不同工况下的计算数据，用于检验关联式的实际适用性
和扩展性。这些数据也可以作为实际泵组选型和站间距设计的参考。
2.1.实验方案
2.1.1.实验平台
波纹管内液氮流动实验平台，平台由以下部件和仪器组成
表2-1实验平台部件与仪器
部件名称数量
液氮自增压罐1个
液氮过冷器1
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