几何形状对磁流体湍流影响的数值模拟研究
发布时间：2021-03-06 23:04
磁流体湍流流动的研究对核聚变反应堆液态包层的设计具有重大意义。大涡数值模拟因其对网格分辨率要求相对较低,计算速度快,准确度较高而被广泛应用于磁流体湍流数值模拟研究。磁流体几何敏感性被应用于液态包层的几何设计以期实现降低包层磁流体动力学压降以及促进包层内热量传输的目的。本文首先将基于OpenFOAM环境下开发的相干结构模型植入磁流体求解器,并对绝缘方管磁流体湍流进行了数值模拟,在相同参数下与kabayashi结果进行了比较,以验证相干结构模型在OpenFOAM环境下的准确性,表明可以将其用于磁流体湍流数值模拟研究。接着,将验证过的相干结构模型应用于两种不同几何形状管道湍流流动的数值模拟研究,一种矩形管道（N-duct）,另一种在两侧平行层开弱引流槽的矩形管道（Pduct）。两种管道壁面均为绝缘管道时,计算区域的进出口面设置为循环边界,雷诺数为常数,哈特曼数由10增加到42.4。数值模拟研究结果显示,由于受到引流槽附近二次流的影响,随着哈特曼数增加磁流体的流动状态逐渐由湍流转变为湍流与层流共存状态,最终转变为完全层流状态;这种湍流与层流共存状态是一种能够预示湍流向层流转变的特殊状态形式,这...
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
托克马克装置剖面图
图 1.2 管道内磁流体速度受磁场影响下速度分布汪卫华[12]等人对国内外包层内 MHD 效应的研究现状以及发展进行了详细的综述描写。如何才能够做到能量的高效率转换和减小 MHD压降是目前液态金属包层中需要解决的一大重要问题。西南核工业研究院的许增裕[13]等人实验研究发现 MHD 几何敏感现象，并将其应用于理解磁流体管道流动现象的内在机理进而探究如何应用 MHD几何敏感性来降低管道 MHD压降和满足加快包层内部热量传输的要求。受仿生学的启发，德国科学家 Bechert 等[16]在上世纪八十年代对鲨鱼表面纵向分布的沟槽分布结构进行了研究，研究发现鲨鱼皮肤表面的 V 型沟槽有利于减少鲨鱼在水中游动过程中的阻力。并且对 V 型槽与半圆柱形槽进行了比较[17]，发现 V 型槽能够实现高达 10%的减阻效果。因此 V 型槽目前被认为最有效的降压减阻的流动管道外形，但是由于湍流流动的复杂性，人们目前仍无法对 V 型槽能够实现减阻降压的内在原理给予详细的解释说明[18-19]。西安交通大学魏进家[20]等人对 V 型槽减阻进行了研究，并对其减阻机理进行了阐述。因此，V 型槽结构被认为可用于液态包层结构的设计来降
图 3.1 湍流流动空间过滤示意图度应力*ij ：*2ij t ij S,*13ij i ji j ij ij ii u u u u 建模即得到相应亚格子模型。*1/3ij iip p 后的样本流速分为可求解尺度速度和小涡速度：''( , ) ( , ) ( , )i i iu x t u x t u x t为可求解尺度涡速度，''( , )iu x t 为小尺度脉动部分'' ''[ ( , ) ( , )] [ ( ,) (, )]ii ijjju u u x t u x tux t u xt
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁流体管流的直接数值模拟研究[J]. 谭忠权,毛洁,刘克. 核聚变与等离子体物理. 2016(04)
[2]表面活性剂湍流减阻研究进展[J]. 魏进家,黄崇海,徐娜. 化工进展. 2016(06)
[3]磁流体湍流及数值模拟研究综述[J]. 范月华,蒋崇文,高振勋,李椿萱. 力学与实践. 2016(01)
[4]聚变堆液态包层MHD效应的研究现状与发展[J]. 汪卫华,陈侠. 舰船电子工程. 2012(04)
[5]通道插件管道MHD效应初步实验结果[J]. 许增裕,潘传杰,张秀杰,赵丽,张键,杨国骥. 核聚变与等离子体物理. 2009(01)
[6]ITER实验包层计划综述[J]. 冯开明. 核聚变与等离子体物理. 2006(03)
[7]受控核聚变研究的进展和展望[J]. 丁厚昌,黄锦华. 自然杂志. 2006(03)
[8]沟槽面在湍流减阻中的应用[J]. 赵志勇,董守平. 石油化工高等学校学报. 2004(03)
[9]湍流边界层底层相干结构的一个理论模型[J]. 罗纪生,周恒. 应用数学和力学. 1993(11)
本文编号：3067983
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
托克马克装置剖面图
图 1.2 管道内磁流体速度受磁场影响下速度分布汪卫华[12]等人对国内外包层内 MHD 效应的研究现状以及发展进行了详细的综述描写。如何才能够做到能量的高效率转换和减小 MHD压降是目前液态金属包层中需要解决的一大重要问题。西南核工业研究院的许增裕[13]等人实验研究发现 MHD 几何敏感现象，并将其应用于理解磁流体管道流动现象的内在机理进而探究如何应用 MHD几何敏感性来降低管道 MHD压降和满足加快包层内部热量传输的要求。受仿生学的启发，德国科学家 Bechert 等[16]在上世纪八十年代对鲨鱼表面纵向分布的沟槽分布结构进行了研究，研究发现鲨鱼皮肤表面的 V 型沟槽有利于减少鲨鱼在水中游动过程中的阻力。并且对 V 型槽与半圆柱形槽进行了比较[17]，发现 V 型槽能够实现高达 10%的减阻效果。因此 V 型槽目前被认为最有效的降压减阻的流动管道外形，但是由于湍流流动的复杂性，人们目前仍无法对 V 型槽能够实现减阻降压的内在原理给予详细的解释说明[18-19]。西安交通大学魏进家[20]等人对 V 型槽减阻进行了研究，并对其减阻机理进行了阐述。因此，V 型槽结构被认为可用于液态包层结构的设计来降
图 3.1 湍流流动空间过滤示意图度应力*ij ：*2ij t ij S,*13ij i ji j ij ij ii u u u u 建模即得到相应亚格子模型。*1/3ij iip p 后的样本流速分为可求解尺度速度和小涡速度：''( , ) ( , ) ( , )i i iu x t u x t u x t为可求解尺度涡速度，''( , )iu x t 为小尺度脉动部分'' ''[ ( , ) ( , )] [ ( ,) (, )]ii ijjju u u x t u x tux t u xt
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁流体管流的直接数值模拟研究[J]. 谭忠权,毛洁,刘克. 核聚变与等离子体物理. 2016(04)
[2]表面活性剂湍流减阻研究进展[J]. 魏进家,黄崇海,徐娜. 化工进展. 2016(06)
[3]磁流体湍流及数值模拟研究综述[J]. 范月华,蒋崇文,高振勋,李椿萱. 力学与实践. 2016(01)
[4]聚变堆液态包层MHD效应的研究现状与发展[J]. 汪卫华,陈侠. 舰船电子工程. 2012(04)
[5]通道插件管道MHD效应初步实验结果[J]. 许增裕,潘传杰,张秀杰,赵丽,张键,杨国骥. 核聚变与等离子体物理. 2009(01)
[6]ITER实验包层计划综述[J]. 冯开明. 核聚变与等离子体物理. 2006(03)
[7]受控核聚变研究的进展和展望[J]. 丁厚昌,黄锦华. 自然杂志. 2006(03)
[8]沟槽面在湍流减阻中的应用[J]. 赵志勇,董守平. 石油化工高等学校学报. 2004(03)
[9]湍流边界层底层相干结构的一个理论模型[J]. 罗纪生,周恒. 应用数学和力学. 1993(11)
本文编号：3067983
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