管式电弧加热器电极背侧冷却强化数值模拟

基于COMSOL共轭传热对10MW级管式电弧加热器电极的背侧冷却进行了固体传热、流体传热和湍流流动的耦合计算,得到了背侧矩形直肋结构不同肋化系数β、换热表面粗糙度Ra条件下电极的温度和冷却通道流动阻力系数,对计算数据进行了回归分析,得到了β、Ra对弧根处电极温度和冷却通道阻力系数的综合影响的近似表达式。研究结果发现:随着电极背侧肋化系数β从1到2.2不断增加,电极内壁温度单调降低,降幅为12~14%,冷却通道阻力系数则增加了26.3~46.9%,并且在粗糙度较高时,β的变化对阻力系数的影响程度更大。背侧换热表面Ra由3.2um增加到80.6um时,弧根处电极壁面温度随之降低,降幅为6.5%~11%,但随着Ra的提高,增加Ra对降低电极温度的作用逐渐减弱,阻力系数则单调增加了近2倍。利用回归分析得到的表达式可对不同β和Ra条件下的弧根处内壁温度和流动阻力系数进行工程估算。