Разработка математических моделей и численное моделирование процессов гидродинамики и теплообмена в проточной части криостата высокотемпературного сверхпроводящего кабеля

Представлены результаты численного моделирования процессов гидродинамики и теплообмена в системе охлаждения высокотемпературного сверхпроводящего кабеля (ВТСП). Приведены результаты верификации нескольких моделей турбулентности (k-e, k-w, LVEL) на основе существующих экспериментальных данных по турбулентному течению в осесимметричных и неосесимметричных кольцевых каналах, плоских каналах с волнистой стенкой и гофрированных трубах. Результаты верификации показали, что немногочисленные данные о гидравлическом сопротивлении гофрированных каналов значительно лучше описываются алгебраической LVEL-моделью Сполдинга и k-w моделью турбулентности Ментера. Получены зависимости гидравлического сопротивления и числа Нуссельта от числа Рейнольдса для кольцевого канала с внешней гофрированной стенкой для широкого диапазона шага и высоты гофра. Проведено численное моделирование процессов в узлах ВТСП-линии, близкой по параметрам к конфигурации линии, разрабатываемой в настоящее время в России. Выполнено моделирование процессов в узле соединения сверхпроводящего кабеля с внешними токовводами (концевые кабельные муфты). Получены интегральные характеристики прямого и обратного каналов ВТСП-линии. Оценка тепловыделения за счет работы сил давления показала, что это тепловыделение не превышает 0,05 Вт/м, что составляет примерно 5% от типичной мощности теплопритока из окружающей среды (~1,0 Вт/м).