磁流體湍流的數值模擬研究.pdf

1、在磁場作用下的磁流體動力學（magnetohydrodynamic）研究對于核聚變反應的發(fā)展有著非常重要的作用。核聚變反應堆中包層中的流體金屬主要功能包括反應堆中氚的增殖、產生聚變能后能量的轉換以及屏蔽反應過程中產生的輻射，而磁場的存在是為了采用磁性約束將高溫等離子體約束在一定的范圍內，包層內的金屬流體在磁場作用下的流動會引起磁流體動力學效應（MHD效應），MHD效應會改變流體的流線模式、流動特性以及包層內流體的壓降問題。液態(tài)金屬MHD

2、流動的研究與冶金、核聚變反應等很多前沿科技密切相關。
　　金屬流體在包層中流動，由于受到外加磁場的作用流體內會產生感應電流，感應電流又在磁場作用下產生與流動方向相反的洛倫茲力，從而影響其流動速度。管道流中有兩種不同的邊界層：哈特曼層和邊界層，兩個邊界層都很薄，但由于其通過很大的電流密度，所以要在其層內劃分一定數量的網格，這樣就給所要研究的數值模擬大大增加計算量。
　　近年來，對于包層內金屬流體MHD流動的數值模擬研究有了很大

3、的發(fā)展，而人們研究的重點也從之前的層流逐漸轉到自然界和工程中更加普遍的湍流模型上。湍流是自然界中普遍存在的一種復雜流動，但人們對于湍流機理的研究認識以及MHD湍流的數值模擬方法仍處于探索階段，本文將采用大渦數值模擬方法對磁流體湍流進行數值模擬。
　　用開源CFD軟件OpenFOAM開發(fā)出適合本論文研究的磁流體湍流MHD求解器，先對開發(fā)出的MHD求解器進行驗證，驗證其正確性。用開發(fā)的MHD求解器對不同的算例進行數值計算，我們可以看出

4、隨著計算的不斷進行，流體的截面速度不斷呈現壓平的趨勢，中心速度下降，靠近側壁速度相應升高。觀察方管截面速度云圖和速度矢量我們可以看出管道流內湍流流體是有渦流出現，在垂直方向加上磁場后，磁場對速度有個“壓平”趨勢，渦流也相應減少，速度矢量更多的向四角以及拐角靠近哈特曼層的地方靠近。通過Y+=15的靠近壁面處瞬態(tài)速度可以很清楚看到湍流流體中的高速和低速區(qū)域，加上y方向磁場后湍流的高低速帶會沿著流動方向被拉伸而呈現“長條狀”。我們又對不同的算