磁流體湍流RANS數(shù)值模擬研究.pdf

1、磁流體湍流的數(shù)值模擬對液態(tài)金屬包層湍流機制的研究有重要作用，而液態(tài)金屬包層湍流機制的研究對液態(tài)金屬包層在熱核聚變反應堆的應用有著重要的意義。
　　基于雷諾時均 Navier-Stokes方程（Reynolds Averaged Navier-Stokes）的數(shù)值模擬方法（簡稱 RANS方法）是磁流體湍流數(shù)值模擬研究中非常重要的一塊內(nèi)容。由于RANS方法是基于統(tǒng)計平均的，無需對湍流的細節(jié)進行處理，直接用模型對所有尺度的渦進行模擬，與

2、直接數(shù)值模擬（Direct Numerical Simulation,DNS）以及大渦模擬（Large Eddy Simulation,LES）相比，大大節(jié)省了計算時間和資源，降低了計算成本，對于工程應用，特別是核聚變反應堆的工程實現(xiàn)意義重大。本文出于工程應用考慮選用 RANS方法對絕緣方管磁流體湍流進行數(shù)值模擬研究。
　　近幾年來，RANS湍流模型的快速發(fā)展也促進了其在磁流體領域的應用。對于 RANS湍流模型在磁流體領域中的應用

3、方面，人們已經(jīng)從最初的混合長度理論的研究轉向工程上流行的兩方程模型。目前已有不少人研究 k-ε模型在磁流體領域的應用，而對于 k-ω模型在磁流體領域的應用還有很大的空間。
　　本文通過對幾種典型的k-ε模型以及 k-ω模型在磁流體湍流模擬中的準確性進行對比，確定了選用 k-ω模型進行本課題的研究。然后對 k-ω模型的傳輸方程進行改進，提出應用于磁流體領域的 k-ω方程。同時，本文在OpenFOAM的平臺下基于 PISO算法開發(fā)出磁

4、流體湍流 RANS求解器。然后與已經(jīng)得到驗證的DNS數(shù)據(jù)作比較，對自主開發(fā)的模型和求解器進行驗證，確認了自主開發(fā)的模型以及求解器的可靠性。
　　論文的最后又用自主開發(fā)的模型和求解器探究了磁場對磁流體湍流的影響以及不同雷諾數(shù)和不同哈特曼數(shù)對磁流體湍流的影響。模擬結果顯示，磁場對磁流體湍流有明顯的抑制作用，并且在哈特曼層的抑制強于平行層，具有各向異性。在相同的雷諾數(shù)下，隨著哈特曼數(shù)的增加，磁場增強，這種抑制作用也增強，脈動減弱。相同哈