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(duì)液態(tài)金屬包層湍流機(jī)制的研究有重要作用，而液態(tài)金屬包層湍流機(jī)制的研究對(duì)液態(tài)金屬包層在熱核聚變反應(yīng)堆的應(yīng)用有著重要的意義。
　　基于雷諾時(shí)均 Navier-Stokes方程（Reynolds Averaged Navier-Stokes）的數(shù)值模擬方法（簡(jiǎn)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(jì)平均的，無(wú)需對(duì)湍流的細(xì)節(jié)進(jìn)行處理，直接用模型對(duì)所有尺度的渦進(jìn)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(jì)算時(shí)間和資源，降低了計(jì)算成本，對(duì)于工程應(yīng)用，特別是核聚變反應(yīng)堆的工程實(shí)現(xiàn)意義重大。本文出于工程應(yīng)用考慮選用 RANS方法對(duì)絕緣方管磁流體湍流進(jìn)行數(shù)值模擬研究。
　　近幾年來(lái)，RANS湍流模型的快速發(fā)展也促進(jìn)了其在磁流體領(lǐng)域的應(yīng)用。對(duì)于 RANS湍流模型在磁流體領(lǐng)域中的應(yīng)用

3、方面，人們已經(jīng)從最初的混合長(zhǎng)度理論的研究轉(zhuǎn)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(lǐng)域的應(yīng)用，而對(duì)于 k-ω模型在磁流體領(lǐng)域的應(yīng)用還有很大的空間。
　　本文通過(guò)對(duì)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(zhǔn)確性進(jìn)行對(duì)比，確定了選用 k-ω模型進(jìn)行本課題的研究。然后對(duì) k-ω模型的傳輸方程進(jìn)行改進(jìn)，提出應(yīng)用于磁流體領(lǐng)域的 k-ω方程。同時(shí)，本文在OpenFOAM的平臺(tái)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(yàn)證的DNS數(shù)據(jù)作比較，對(duì)自主開發(fā)的模型和求解器進(jìn)行驗(yàn)證，確認(rèn)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(chǎng)對(duì)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(duì)磁流體湍流的影響。模擬結(jié)果顯示，磁場(chǎng)對(duì)磁流體湍流有明顯的抑制作用，并且在哈特曼層的抑制強(qiáng)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(chǎng)增強(qiáng)，這種抑制作用也增強(qiáng)，脈動(dòng)減弱。相同哈