本文選題：磁流體 + 湍流　； 參考：《杭州電子科技大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：在熱核聚變反應(yīng)堆包層內(nèi)流動(dòng)的液態(tài)金屬在磁場(chǎng)作用下會(huì)產(chǎn)生磁流體動(dòng)力學(xué)效應(yīng)(MagnetoHydroDynamic,MHD)進(jìn)而改變管內(nèi)的流場(chǎng),對(duì)反應(yīng)堆中液態(tài)包層的熱傳遞造成很大的影響。因此,磁流體湍流的研究對(duì)液態(tài)金屬包層的應(yīng)用具有重要的意義。近年來(lái),對(duì)包層內(nèi)液態(tài)金屬M(fèi)HD效應(yīng)的研究也取得了很大發(fā)展,并且人們研究的重點(diǎn)也從層流研究逐漸轉(zhuǎn)換到自然界和工程界更加普遍的湍流研究中。鑒于直接數(shù)值模擬(Direct numberical simulation,DNS)對(duì)網(wǎng)格要求比較高,而帶來(lái)的計(jì)算量比較大,所以本文采用大渦模擬方法(large eddy simulation,LES)研究金屬流體在方管中的流動(dòng)狀態(tài)�，F(xiàn)有研究表明dynamic Smagorinsky model(DSM)在計(jì)算磁流體湍流時(shí)表現(xiàn)較好。所以本文研究DSM、Smagorinsky model(SM)以及dynamic one equation model(DOM)這三種模型在計(jì)算磁流體管道流中的適用性。首先基于開(kāi)源CFD軟件OpenFOAM開(kāi)發(fā)出低磁雷諾數(shù)的磁流體湍流LES模擬的求解器,并分別研究了該求解器在低雷諾數(shù)和高雷諾數(shù)的表現(xiàn);接著分別比較三種模型在磁流體管道流中的平均速度、速度均方根以及湍動(dòng)能分布;研究表明DSM比其他兩個(gè)模型在計(jì)算磁流體湍流時(shí)表現(xiàn)要好。接著通過(guò)對(duì)比平均速度、速度均方根、湍動(dòng)能以及能譜來(lái)研究磁場(chǎng)對(duì)磁流體湍流的抑制作用和磁場(chǎng)對(duì)磁流體湍流的影響;隨后研究不同磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)磁流體湍流的影響;計(jì)算結(jié)果表明,外加磁場(chǎng)對(duì)磁流體湍流有明顯的抑制作用,而且這種抑制作用隨著磁場(chǎng)的增加而更加明顯,直至湍流演變?yōu)閷恿?同時(shí)這種抑制作用還有明顯的各向異性。最后通過(guò)研究壁面摩擦系數(shù)來(lái)研究金屬流體管道流層流到湍流的轉(zhuǎn)化機(jī)制。
[Abstract]:The liquid metal flowing in the cladding of thermonuclear fusion reactor will produce magnetohydrodynamic MHD (MagnetoHydrodynamic MHD) under the action of magnetic field, which will change the flow field in the tube and have a great influence on the heat transfer of the liquid cladding in the reactor. Therefore, the study of magnetic fluid turbulence plays an important role in the application of liquid metal cladding. In recent years, great progress has been made in the study of the MHD effect of liquid metal in the cladding, and the emphasis of the study has gradually shifted from laminar flow to the more general turbulence in nature and engineering. In view of the high demand for grid and the large amount of computation caused by direct numberical simulation, the large eddy simulation method (large eddy simulation les) is used to study the flow state of metal fluid in square tube. It is shown that dynamic Smagorinsky model performs well in calculating the turbulence of magnetic fluid. In this paper, we study the applicability of the three models, DSM Smagorinsky model (SM) and dynamic one equation model (Dom, in the calculation of MHD pipeline flow. Firstly, based on the open-source CFD software OpenFOAM, a magnetic fluid turbulence les simulation solver with low magnetic Reynolds number is developed, and the performance of the solver in low Reynolds number and high Reynolds number is studied respectively. Then, the distributions of mean velocity, root mean square velocity and turbulent kinetic energy of the three models in the MHD pipe flow are compared, and the results show that DSM performs better than the other two models in the calculation of MHD turbulence. Then, by comparing the mean velocity, the root mean square of velocity, the turbulent kinetic energy and the energy spectrum, the suppression effect of magnetic field on the magnetic fluid turbulence and the influence of the magnetic field on the magnetic fluid turbulence are studied, and the influence of different magnetic field intensity on the magnetic fluid turbulence is studied. The results show that the external magnetic field has obvious inhibitory effect on the magnetic fluid turbulence, and this inhibition effect is more obvious with the increase of the magnetic field, until the turbulence evolves into laminar flow, and the inhibition effect has obvious anisotropy. Finally, the transformation mechanism from laminar flow to turbulent flow in metal fluid pipes is studied by studying the wall friction coefficient.
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O361.3

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本文編號(hào)：2065520