FCI结构及其电导率对MHD效应影响实验研究

实验研究了通道插件(FCI)压力平衡孔(PEH)和压力平衡狭缝(PES)结构、绝缘和非绝缘材质对磁流体动力学(MHD)效应的影响,结果表明：带PEH或PES、绝缘或非绝缘材质的FCI产生的流速分布有很大的差异;对MHD压降而言,FCI结构PEHs或PES差异的影响大于FCI绝缘或非绝缘材质差异引起的影响;对流速分布而则刚好相反。二次流引起的局部流速骤增的MHD效应(简称为S-MHD效应)对控制管道内流速分布和降低MHD压降有作用,这些实验结果为弄清FCI的MHD效应机制和液态金属包层设计提供了实验认知与有价值的参考。     

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实验研究了通道插件(FCI)压力平衡孔(PEH)和压力平衡狭缝(PES)结构、绝缘和非绝缘材质对磁流体动力学(MHD)效应的影响,结果表明：带PEH或PES、绝缘或非绝缘材质的FCI产生的流速分布有很大的差异;对MHD压降而言,FCI结构PEHs或PES差异的影响大于FCI绝缘或非绝缘材质差异引起的影响;对流速分布而则刚好相反。二次流引起的局部流速骤增的MHD效应(简称为S-MHD效应)对控制管道内流速分布和降低MHD压降有作用,这些实验结果为弄清FCI的MHD效应机制和液态金属包层设计提供了实验认知与有价值的参考。     

简化理论研究液态包层通道插件流体MHD效应

基于先前的普通管道中的MHD效应的实验结果和质量守恒定律(或液态流体不可压缩原理)、洛仑磁力定律和电荷守恒定律,再利用有源网络等效方法,发展出一种简化而有效的分析带通道插件(FCI)管道的磁流体动力学(MHD)效应的方法。简化理论预测结果表明：采用FCI可有效地降低MHD压降;FCI的电导率存在一个临界值时,当大于这个值时,中心区流速将小于边界区流速;管道结构、FCI电导率、液态金属种类等存在着一个最佳组合参数,能最有效地减少MHD压降。     

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给出了通道插件管道MHD效应的初步实验结果,结果表明：中心区流速分布与数值预测的差别较大,且不同位置的管道截面流速分布不同,在压力平衡孔之间呈周期性变化;宏观的中心区与边缘区流量分配、MHD压降与简化理论预测结果相接近。这些数据将给FCI管道数值分析模型的完善和液态包层设计提供参考。     

液态包层流动通道插件三维MHD效应数值模拟

用直接数值方法对高效液态锂铅包层内的金属流体三维MHD效应进行分析。用投影法对包含洛仑兹力源项的不可压Navier．Stokes方程求解,用相容守恒格式计算电磁力。研究了不同材料的流动通道插件（FCI）对金属磁流体流速、MHD压降和电流流线分布的影响。主要分析了以下三种情况：无FCI插件的通道内的流动状况;加入绝缘材料...     

平行壁变形导电管磁流体层流数值模拟

采用自主开发的基于 OpenFOAM 环境下的磁流体求解器,对外加横向均匀磁场的导电方管、平行 壁内凹导电管以及平行壁外凸导电管内的磁流体进行了层流数值模拟。在壁面电导率为 0.01、流体雷诺数为 500、 哈特曼数为 500~2000 的条件下,研究了三种导电管中液态金属磁流体速度分布和压降。结果表明：平行壁内凹 和外凸对速度分布具有显著影响;在相同参数条件下,平行壁内凹管的压降大于方管,而平行壁外凸管的压降小 于方管。     

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采用FLUENT软件分别对外加均匀横向磁场的等截面三维充分发展液态金属管流的层流模型和低雷诺数湍流Lam/Bremhost(LB)模型进行了数值模拟,分析了外加磁场对普通方管LB模型速度分布和压降的影响。比较在相同哈特曼数下,层流和湍流模型方管截面上速度分布和管道中MHD压降。其中,对电流的计算采用磁感应方程来求得。数值模拟结果证明了用低雷诺数LB湍流模型解决方管磁流体流动的可行性。通过层流模型和湍流模型的对比可知,层流模型有较短的入口长度,但管内流体的压降却很大;而湍流模型管内速度更加平均化,管内压降较小,但管内入口长度较长。     

U型通道内部流动与换热的数值研究

应用数值方法研究了燃气轮机叶片内部U型通道内流动与顶部换热特性.采用SST k-ω模型,分析了U型通道内光滑和带凹坑顶部结构以及不同Re数和旋转数对U型通道内部流动和顶部换热的影响。结果表明:在静止条件下,带凹坑结构的通道顶部Nu数较高,并且随着凹坑深度的增加,通道顶部换热能力增强;并且凹坑结构对通道压降的影响较小。随雷诺数增大,凹坑对通道顶部换热增强的幅度降低。在旋转状态下,随着旋转数的增加,通道顶部换热能力增强,但通道压降增大。     

带扰流微细槽道冷却系统的实验研究

 针对高热流密度器件的散热问题,设计了有扰流微细槽道散热器。采用去离子水为工作介质,对其内流动和换热特性进行实验研究,结果表明：流体流过槽道时单位长度压降与雷诺数成正比,扰流对槽道内压降特性影响较小;存在最佳的雷诺数使有无扰流情况下槽道内换热努谢尔特数差别最大,并拟合了不同情况下努谢尔特数和雷诺数的关系式;采用进口段无量纲加热长度分析发现,扰流导致流体的热进口段长度增加;分析压降和进口热阻特性可以发现,在槽道长度一定时存在最佳流速使带扰流的微槽道的性能最佳。     

包含多孔材料插件的突扩通道湍流计算

多孔材料插件常用于管道整流或消声.本文以二维和三维的突扩通道流动为研究对象,数值计算多孔材料插件的位置、厚度和渗透率对流动的影响。结果表明,多孔插件厚度的增加或渗透率的降低都将增大通道内的压力损失,而插件的位置对压力损失的影响则较小.通道内的涡强和速度脉动随着插件位置的后移及渗透率的增大而减小。对于包含单频谐波的非定常来流,经过多孔插件后的压力信号、轴向速度脉动、湍动能及湍动能耗散率等参数的波动幅值均降低,但相位不发生变化。     

导电突扩管中磁流体管流的数值模拟

采用基于OpenFOAM环境自主开发的低磁雷诺数磁流体求解器,对45°和90°突扩矩形管中液态金属流体在受到垂直流向的外加磁场作用时的速度、感应电流、压力的分布及突扩位置处的MHD三维现象进行数值模拟.结果表明：磁场沿突扩方向时,由于无回流涡,45°比90°突扩管在肩部位置速度分布更优.哈特曼数增大,强射流和突扩结构,在突扩肩部位置引发流动的不稳定性.伴随感应电流的不稳定,流动不稳定发展到突扩位置上游.磁场沿垂直突扩方向时感应电流的三维效应显著.哈特曼数增大,MHD压降显著增大.同方向磁场和相同哈特曼数,不同突扩角度的三维无量纲压力梯度无明显差异.     

带引流条导电矩形管磁流体湍流大涡数值模拟

为研究引流条对磁流体湍流的影响，采用自主开发的低磁雷诺数流固耦合磁流体相干结构模型大涡模拟求解器，对均匀磁场作用下平行层内带引流条导电矩形管和标准导电矩形管中液态金属湍流进行了数值模拟研究。结果表明，外加垂直流动方向的均匀磁场与流动的导电流体相互作用产生与流动方向相反的洛伦兹力，能够抑制磁流体的湍流脉动，这种抑制作用随着哈特曼数增大而增强。在弱导电率条件下，当Re=16350、Ha=212 时，两种管道中的流动均转换为层流流动状态。管道内壁面摩擦系数随着哈特曼数的增大而增大。引流条能在其近壁局部区域增强横向速度，有效激发湍流，但在弱壁面导电率条件下，带引流条导电矩形管壁面摩擦系数较标准矩形管大。     

Hall effect on Hartmann flow and heat transfer of a Burgers' fluid

The effect of Hall current on the steady magnetohydrodynamics (MHD) flow of an electrically conducting, incompressible Burgers' fluid between two parallel electrically insulating infinite planes is studied. The MHD flow is generated by applying constant pressure gradient. An external uniform magnetic field normal to the disks is applied. The disks are kept at two different constant temperatures. Exact solutions are obtained for the governing momentum and energy equations. The effects of Hartmann number M, Reynolds number Re, Prandtl number Pr, Eckert number Ec, pressure gradient dp/dx and Hall parameter η are examined.     

MHD from a Microscopic Concept and Onset of Turbulence in Hartmann Flow

We derive higher order magneto-hydrodynamic （MHD） equations from a microscopic picture using pro-jection and perturbation formalism. In an application to Hartmann flow we find velocity profiles flattening towards the center at the onset of turbulence in hydrodynamic limit. Comparison with the system under the effect of a uniform magnetic field yields difference in the onset of turbulence consistent with observations, showing that the presence of magnetic field inhibits onset of instability or turbulence. The laminar-turbulent transition is demonstrated in a phase transition plot of the development in time of the relative average velocities vs. Reynolds number showing a sharp increase of the relative average velocity at the transition point as determined by the critical Reynolds number.