水中金属丝电爆炸拉氏磁流体动力学模拟方法

基于拉格朗日描述,建立了水中金属丝电爆炸的单温磁流体动力学模型,并给出一种高阶混合有限元离散求解方法。拉氏可压缩流体方程组中,速度定义在H1连续有限元空间,内能定义在L2间断有限元空间实现物质界面的精确捕捉,存在激波的区域引入张量人工粘性抑制数值振荡。磁扩散方程仅考虑周向磁通量密度,简化为标量方程,使用H1连续有限元方法离散求解。焦耳热和洛伦兹力作为源项引入实现磁流体方程的耦合。数值算例表明:磁扩散求解器能够求解存在不同电导率的多介质磁扩散问题;拉氏流体求解器能够精确追踪物质界面,具有较好的激波分辨能力;耦合RLC电路的磁流体求解器能够复现水中金属丝电爆炸加热相变、冲击波的产生与传播、放电模式转变等物理过程。     

磁热耦合下血管对温度场分布的影响

结合血液流动的Navier-Stokes方程与人体组织的Pennes生物传热方程建立了球形肿瘤组织的多物理场耦合模型,研究了血管分布位置、血管半径和血液流速等因素对肿瘤组织温度场和治疗效果的影响。结果表明：在热疗过程中,血管会对肿瘤组织产生冷却效果;同时血管的半径和血流速度的变化也会影响肿瘤区域的温度场分布,随着血管半径和血流速度的增加,血管附近的温度值越低。此外,相比外部血管,肿瘤内部血管对肿瘤区域具有更明显的降温效果,对热疗效果的不利影响也更强。     

基于OpenFOAM的磁流体求解器的开发和应用

基于计算流体力学平台OpenFOAM,本文开发了一套可压缩磁流体求解器,并将其应用于二维和三维的跨音速束流模拟.该求解器对OpenFOAM自带的密度基中心差分黎曼求解器rhoCentralFoam进行了修改,植入一个隐式压力分离算法用以控制磁场散度误差并保证模拟结果的数值精度.本文对此求解器进行了检测,证明了它的收敛阶在1—2之间,并将其应用到强激光等离子体的磁流体模拟.利用该求解器,本文讨论了外加均匀轴向磁场对激光等离子体喷流的影响,发现了喷嘴和结节位置与热压比开方之间的线性关系.本文还分析了电容线圈中产生的非均匀磁场对激光等离子体喷流的影响.初步模拟结果表明,当线圈中心磁场相同时,小尺寸线圈产生的磁场会加快喷嘴和结节的形成,等效的均匀轴向磁场更大.此模拟结果可以作为我们将来的磁化喷流实验的参考.同时,这样物理结果表明该磁流体求解器适合做面向激光等离子体实验的工程计算,可以应对构型比较复杂的场合.     

Three-dimensional magnetohydrodynamics axisymmetric stagnation flow and heat transfer due to an axisymmetric shrinking/stretching sheet with viscous dissipation and heat source/sink

The present work is concerned with the effects of viscous dissipation and heat source/sink on a three-dimensional magnetohydrodynamic boundary layer axisymmetric stagnation flow, and the heat transfer of an electrically conducting fluid over a sheet, which shrinks or stretches axisymmetrically in its own plane where the line of the symmetry of the stagnation flow and that of the shrinking （stretching） sheet are, in general, not aligned. The governing equations are transformed into ordinary differential equations by using suitable similarity transformations and then solved numerically by a shooting technique. This investigation explores the conditions of the non-existence, existence and uniqueness of the solutions of the similar equations numerically. It is noted that the range of the velocity ratio parameter, where the similarity solution exists, is increased with the increase of the value of the magnetic parameter. Furthermore, the study reveals that the non-alignment function affects the shrinking sheet more than the stretching sheet. In addition, the numerical results of the velocity profile, temperature profile, skin-friction coefficient, and rate of heat transfer at the sheet are discussed in detail with different parameters.     

磁流体加速和磁流体加速风洞

高超声速飞行器对于更高飞行速度的追求，给地面风洞设备模拟能力提出了新的要求，磁流体加速成为一个重要突破方向.文章介绍了国内外在磁流体加速基本原理以及磁流体加速技术应用于地面风洞试验方面的研究工作.基于磁流体（magneto-hydro-dynanic，MHD）加速的高超声速风洞设备可以模拟高超声速飞行器的试验条件，复现超高速的飞行环境，是突破超高速飞行器再入研究地面试验模拟能力的关键技术，在航空航天领域具有重要的研究意义和应用前景.      

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。     

肿瘤组织磁流体热疗过程中的影响因素分析

以治疗肿瘤的热疗中的传热传质过程为研究对象,分析磁流体直接注入肿瘤中的过程,建立了肿瘤组织中的磁流体流动、对流-扩散模型及生物传热模型。采用有限元方法对模型进行数值求解,获得了肿瘤组织内的浓度分布和温度分布特征,分析了磁流体体积流速、颗粒剂量和磁场参数等因素对于温度场的影响。结果表明,在研究参数范围内,在一定注射总量下采用低输注速率、高体积浓度、高磁场强度和频率会使肿瘤中达到有效治疗温度的体积增大,从而提升治疗效果。采用多点注射的方法不仅能够增加有效治疗体积,而且能够降低肿瘤中心最高温度,避免出现过热区域。所用的研究方法与研究结论对于肿瘤组织磁流体热疗研究具有参考意义。     

在永磁体强磁场中Mn1.2Fe0.8P1-xSix系列化合物热磁发电研究

研究了处于永磁体强磁场中Mn_1.2Fe_0.8P_1-xSi_x 系列化合物的热磁发电性能, 采用高性能球磨和固相烧结合成方法制备了Mn_1.2Fe_0.8P_1-xSi_x 系列化合物, 并对该系列化合物的物相结构、磁性和热磁发电性能进行了测量. 结果表明: Mn_1.2Fe_0.8P_0.37Si_0.63和Mn_1.2Fe_0.8P_0.35Si_0.65化合物是具有Fe₂P型六角结构的一级相变软磁性材料, 两者居里温度分别为334 K和348 K, 处于工业余热温区. 根据一级相变磁性材料在居里温度磁化强度发生突变这一特性, 研制热磁发电演示装置, 测量了Mn_1.2Fe_0.8P_0.37Si_0.63和Mn_1.2Fe_0.8P_0.35Si_0.65这两种材料铁磁相变产生感应电流大小与线圈匝数、热磁发电材料质量、表面积、表面上温度梯度的关系. 研究结果表明, Mn_1.2Fe_0.8P_1-xSi_x系列化合物具有很好的热磁发电性能, 有望成为热磁发电候选材料.     

飞轮蓄能发电原理及应用

本文介绍了飞轮蓄能发电的原理和飞轮蓄能发电技术的应用实例。     

可压缩磁流体方程光滑解的爆破性

在初始密度和磁通量具有紧支集的条件下,该文证明高维可压缩磁流体方程柯西问题光滑解的爆破现象.其中磁流体方程的黏性系数,热传导系数以及磁扩散系数都是依赖于密度和温度的.