流向磁场作用下圆柱绕流的直接数值模拟

发布时间：2023-02-20 20:34

　　绕流是托卡马克装置中液态包层内常见的流动形态,对流场与热量分布有着重要的影响.本文通过直接数值模拟(DNS),研究了不同磁场强度下Re=3900的圆柱绕流,分析了磁场强度对于湍流尾迹的影响.无磁场情况下,直接数值模拟的结果与前人的实验及模拟结果吻合很好.圆柱下游的尾迹中,随着流向距离的增大,流向速度剖面逐渐从U型进化呈V型,并慢慢趋于平缓,这表明尾迹中的流动结构受圆柱影响逐渐减小.圆柱后方两侧的剪切层中,由于Kelvin-Helmholtz不稳定性的影响,可以清晰地看到小尺度剪切层涡的脱落.通过对无磁场的计算结果施加流向磁场,本文计算了哈特曼数(Ha)分别为20, 40和80的工况,以研究磁场效应对于湍流的影响.结果表明磁场较弱时,流动依然呈三维湍流状态.随着磁场增强,近圆柱尾流区受磁场抑制明显,回流区被拉长,剪切层失稳位置向下游转移.圆柱后方的涡结构由于受到竖直方向洛伦兹力的挤压作用,随着哈特曼数的增加尾迹区域逐渐变窄.相比于无磁场情况的涡结构,由于磁场的耗散作用,相应的涡结构尺度变小.该研究不仅扩展了现有磁场下湍流运动的参数范围,对于液态包层的设计及安全运行同样具有重要的理论指导意...

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【文章目录】：
引言
1 算例设置
    1.1 模型及控制方程
    1.2 边界条件
    1.3 网格无关性验证
2 无磁场下圆柱绕流湍流验证及分析
    2.1 速度场
    2.2 雷诺应力分量
    2.3 流场结构分析
3 磁场下圆柱绕流湍流分析
    3.1 流向磁场下速度场
    3.2 流向磁场下二阶雷诺应力分量
4 结论



本文编号：3747269