由于液態(tài)金屬包層具有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,易于氚增殖提取等特點(diǎn),已成為熱核聚變反應(yīng)堆包層設(shè)計(jì)中的重要分支。包層內(nèi)的金屬流體在聚變磁場(chǎng)環(huán)境中流動(dòng)會(huì)產(chǎn)生磁流體動(dòng)力學(xué)（Magnetohydrodynamics,MHD）效應(yīng),MHD效應(yīng)會(huì)影響管道中液態(tài)金屬流體的重新分配,改變流體的流動(dòng)狀態(tài),對(duì)液態(tài)包層的傳質(zhì)傳熱造成很大影響。影響MHD效應(yīng)的因素包括哈特曼數(shù)、管道幾何形狀及電導(dǎo)率等,因而本文以此為出發(fā)點(diǎn),研究圓管中磁流體流動(dòng)與這些因素之間的關(guān)系及物理機(jī)制,對(duì)于工程實(shí)際中液態(tài)包層管路設(shè)計(jì)有著重要的參考價(jià)值。本文采用課題組對(duì)開源計(jì)算流體力學(xué)軟件OpenFOAM進(jìn)行二次開發(fā)的求解器,對(duì)導(dǎo)電圓管中磁流體流動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。首先,對(duì)外加均勻磁場(chǎng)下的標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)電圓管在Re=21375,Ha=85.5～2000,C=0.0457～0.5參數(shù)范圍內(nèi)進(jìn)行磁流體層流的數(shù)值模擬研究,計(jì)算結(jié)果表明,隨著哈特曼數(shù)的增大,邊界層厚度會(huì)明顯變薄,且Robert層中的射流逐漸增強(qiáng),到Ha=2000時(shí),在管道截面沿z方向中心線上速度呈現(xiàn)“M”型分布;壁面電導(dǎo)率C會(huì)對(duì)無量綱速度軌跡會(huì)產(chǎn)生一定的影響,包括Robert層中的速度射流峰值。改變... 

【文章來源】：杭州電子科技大學(xué)浙江省

【文章頁(yè)數(shù)】：81 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１ＩＴＥＲ裝置剖面圖??ＩＴＥＲ包層是核聚變反應(yīng)裝置中的重要部件，分為兩種類型：實(shí)驗(yàn)包層和屏蔽包層［２］

??圖１．２所示為在垂直于流體流動(dòng)方向的磁場(chǎng)環(huán)境下方管內(nèi)的磁流體速度分布示意圖。??２?〇??圖１．２磁場(chǎng)作用下的管道截面電流及速度分布示意圖??現(xiàn)在已有一些針對(duì)液態(tài)包層中管道流的研究，大多為層流流動(dòng)或者小哈特曼數(shù)揣流??流動(dòng)的情況。但是實(shí)際在核聚變堆中是一種強(qiáng)磁場(chǎng)的狀態(tài)，而強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)數(shù)值模擬中計(jì)算??資源要求比較高。強(qiáng)磁場(chǎng)一方面可以在管道平行層形成較強(qiáng)射流從而影響流體的穩(wěn)定??性，有利于激發(fā)出湍流，對(duì)包層的傳質(zhì)傳熱有一定的促進(jìn)作用；另一方面又會(huì)抑制液態(tài)??金屬流動(dòng)，使之層流化。磁流體揣流與層流的主要差別表現(xiàn)在壓力梯度、速度分布、傳??熱傳質(zhì)等幾個(gè)方面，因此針對(duì)這幾個(gè)方面的研究對(duì)液態(tài)包層的研究設(shè)計(jì)具有一定的參考??意義。??ＢｅＣｈｅｒ［１２＿１３］對(duì)比了半圓柱形槽和ｖ形槽的減阻效果，發(fā)現(xiàn)ｖ形槽要高１０％左右，但??其減阻降壓的內(nèi)在機(jī)理無法得到解釋。魏進(jìn)家等［１４］在管道流向方向排布ｖ形溝槽進(jìn)行了??湍流減阻研宄，并闡述了減阻機(jī)理：一是流向渦可輕易地被溝槽尖峰所破壞，渦的橫向??運(yùn)動(dòng)受到抑制；二是受限于流向排列溝槽的開口尺寸

１．２．１理論分析研究現(xiàn)狀??著名的Ｈａｒｔｍａｎｎ?ｆｌｏｗ是由Ｈａｒｔｍａｎｎｎ＞１（）｜通過研究無限平板流時(shí)推導(dǎo)的磁流體流場(chǎng)??的解析形式。如圖１．２所示，使外加磁場(chǎng)垂直于流體流動(dòng)方向，流動(dòng)的導(dǎo)電流體在外加??磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生感應(yīng)電流，進(jìn)一步磁場(chǎng)又與中心區(qū)的感應(yīng)電流發(fā)生相互作用產(chǎn)生阻礙??流體流動(dòng)的洛倫茲力，使中心區(qū)速度曲線被壓平，壁面附近流體邊界層明顯變薄，與速??度曲線呈類似拋物線形的普通流體形成巨大差異。??Ｌ＿ＪＬ??圖１．２?Ｈａｒｔｍａｎ?ｆｌｏｗ流向速度分布圖??５１１＾也扭１７］于上世紀(jì)５０年代，研宄了矩形和圓形管道（假定都是絕緣管道）內(nèi)液態(tài)??金屬流體的流動(dòng)特點(diǎn)。他假定磁場(chǎng)是均勻的且垂直于流體流動(dòng)方向。將速度場(chǎng)分成了三??個(gè)區(qū)域，分別是：哈特曼層（Ｈａｒｔｍａｎｎ?ｌａｙｅｒ）、平行層（Ｐａｒａｌｌｅｌ?ｌａｙｅｒ）、核心區(qū)。并通??過解析形式推導(dǎo)了?Ｈａｒｔｍａｎｎ層近似厚度為平行層為ｌ／Ｖ＾＂。??＾１泣［１８＿１９］通過理論分析研宄了導(dǎo)電矩形管道中液態(tài)金屬流體的流動(dòng)。定義外加磁場(chǎng)??與流體流動(dòng)方向垂直。分別對(duì)與磁場(chǎng)方向平行的壁面導(dǎo)電而與磁場(chǎng)方向垂直的壁面絕緣??及與磁場(chǎng)方向垂直的壁面導(dǎo)電而與磁場(chǎng)方向平行的壁面絕緣兩種情況進(jìn)行研宄。給出了??速度、壓力的解析解，且在后一種情況的研究中給出了重要的“Ｍ”型速度分布。速度??分布呈現(xiàn)該種形態(tài)的原因是：管道中磁流體特殊的電流分布，在流體中心區(qū)電流方向垂??直于外加磁場(chǎng)而受到電磁力與流動(dòng)方向相反，阻礙流體流動(dòng)，平行層中的電流方向平行??于外加磁場(chǎng)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于OpenFOAM的投影法磁流體求解器開發(fā)與驗(yàn)證[J]. 毛潔,王浩,劉克,王盛,Claude B Reed.  核聚變與等離子體物理. 2018(01)
[2]可控核聚變的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 武佳銘.  電子世界. 2017(21)
[3]磁流體管流的直接數(shù)值模擬研究[J]. 譚忠權(quán),毛潔,劉克.  核聚變與等離子體物理. 2016(04)
[4]表面活性劑湍流減阻研究進(jìn)展[J]. 魏進(jìn)家,黃崇海,徐娜.  化工進(jìn)展. 2016(06)
[5]磁流體湍流及數(shù)值模擬研究綜述[J]. 范月華,蔣崇文,高振勛,李椿萱.  力學(xué)與實(shí)踐. 2016(01)
[6]聚變堆液態(tài)包層磁流體動(dòng)力學(xué)效應(yīng)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展[J]. 汪衛(wèi)華,陳俠.  國(guó)防科技. 2012(01)
[7]低磁雷諾數(shù)不可壓縮磁流體湍流的非線性渦黏性k-ω封閉模型[J]. 陳智,李椿萱,張勁柏.  中國(guó)科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué). 2011(08)
[8]通道插件管道MHD效應(yīng)初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果[J]. 許增裕,潘傳杰,張秀杰,趙麗,張鍵,楊國(guó)驥.  核聚變與等離子體物理. 2009(01)
[9]ITER實(shí)驗(yàn)包層計(jì)劃綜述[J]. 馮開明.  核聚變與等離子體物理. 2006(03)
[10]CFD通用軟件綜述[J]. 姚征,陳康民.  上海理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2002(02)

碩士論文
[1]開源軟件OpenFOAM下投影算法實(shí)現(xiàn)[D]. 劉克.杭州電子科技大學(xué) 2014



本文編號(hào)：3238958