圆管磁流体管道流数值模拟研究

发布时间：2023-05-10 23:25

　　热核聚变液态包层中液态金属在强磁场作用下流动,液态金属受到强磁场的影响产生感应电流,感应电流与磁场相互作用,产生洛伦兹力,引起磁流体动力学(Magnetohydrodynamics,MHD)效应。MHD效应使包层中液态金属的流动状态发生改变,影响包层的传热和物质运输的效率。MHD效应与雷诺数、哈特曼数、电导率以及几何形状等因素有关,因此厘清MHD效应产生的物理机制及其影响,对工程中包层的设计具有重要的指导意义。本文首先选择大涡模拟方法CSM模型、采用Map湍流边界条件对均匀磁场下绝缘圆管中磁流体湍流进行数值模拟。由模拟结果分析可知,管道中磁流体速度和电流的分布特点,磁场对湍流的脉动速度的抑制具有各向异性;壁面的摩擦系数与Zikanov模拟和Hartmann实验结果基本一致。结果表明了上述采用的圆管网格、边界条件、LES和CSM模型是可行的,为后续圆管磁流体湍流的数值模拟提供参考。进一步对均匀磁场下导电圆管中磁流体层流进行数值模拟研究。模拟结果表明,相同雷诺数和壁面电导率条件下,哈特曼数越大,速度边界层变得越薄;核心区速度受到磁场的抑制作用越强,速度变得越小,核心区Robert层里流体向...

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【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 磁流体管道流国内外研究现状
        1.2.1 国内研究现状
        1.2.2 国外研究现状
    1.3 磁流体管道流研究存在的不足
    1.4 本文研究的主要内容
第二章 磁流体动力学方程及数值方法
    2.1 磁流体动力学基本理论及控制方程
        2.1.1 磁流体动力学基本理论
        2.1.2 磁流体动力学基本控制方程
    2.2 常用的数值计算方法
        2.2.1 有限差分法
        2.2.2 有限元法
        2.2.3 有限体积法
    2.3 CFD软件的选择
        2.3.1 CFD开源软件OpenFOAM
        2.3.2 CFD软件的比较
    2.4 湍流数值模拟方法
        2.4.1 直接数值模拟
        2.4.2 大涡数值模拟
        2.4.3 雷诺时均方程
    2.5 本章小结
第三章 绝缘圆管磁流体湍流大涡数值模拟
    3.1 算例设置
        3.1.1 计算参数设置
        3.1.2 几何模型及边界条件
        3.1.3 网格设置
        3.1.4 大涡模拟及CSM模型
    3.2 湍流模拟结果分析
        3.2.1 速度分析
        3.2.2 电流分析
        3.2.3 摩擦系数分析
    3.3 本章小结
第四章 导电圆管磁流体层流数值模拟
    4.1 均匀磁场导电圆管层流
        4.1.1 几何模型及边界条件
        4.1.2 计算参数及网格设置
        4.1.3 速度分析
        4.1.4 电流分析
        4.1.5 压降分析
    4.2 非均匀磁场导电圆管层流验证
        4.2.1 几何模型和计算参数
        4.2.2 速度验证
        4.2.3 压降验证
    4.3 本章小结
第五章 导电圆管磁流体湍流数值模拟
    5.1 参数设置
        5.1.1 几何模型及边界条件
        5.1.2 网格设置
        5.1.3 计算参数
    5.2 磁流体湍流结果分析
        5.2.1 磁场入口段和上升段速度分析
        5.2.2 磁场下降段和出口段速度分析
        5.2.3 截面上瞬时速度分布
        5.2.4 磁场均匀段速度数值解和实验解
        5.2.5 压降分析
        5.2.6 电流分析
        5.2.7 横向湍动能
    5.3 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 工作总结
    6.2 工作创新点
    6.3 工作展望
致谢
参考文献
附录一
附录二



本文编号：3813704