磁场作用下三维方腔内液态金属自然对流的数值模拟

doi:10.7523/j.issn.2095-6134.2013.04.007

中国科学院大学学报 ›› 2013, Vol. 30 ›› Issue (4): 472-477.DOI: 10.7523/j.issn.2095-6134.2013.04.007

磁场作用下三维方腔内液态金属自然对流的数值模拟

王增辉, 陈欢, 杨嵩

中国科学院大学, 北京 100049

收稿日期:2012-05-18 修回日期:2012-11-06 发布日期:2013-07-15
通讯作者: 王增辉
基金资助:
国家自然科学基金(50936006,51176201)资助 

Numerical simulation of natural convection of liquid metal in a cubic enclosure under magnetic field

WANG Zeng-Hui, CHEN Huan, YANG Song

University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

Received:2012-05-18 Revised:2012-11-06 Published:2013-07-15

摘要/Abstract

摘要：

为研究液态金属在磁场和壁面不同导电特性下的自然对流换热规律,对磁场作用下三维封闭方腔内的液态金属自然对流进行了数值模拟. 研究表明:当没有外加磁场时,模拟结果与已有实验结果相符;当存在外加磁场时,三维方腔内的流动和换热出现较大变化. 由于液态金属在磁场中运动产生感应电流,感应电流与外加磁场相互作用产生一个与运动方向相反的洛伦兹力,抑制了流动和液态金属的自然对流换热. 通过绝缘边界和导电边界的研究结果对比表明,壁面导电性能对于磁流体流动和换热产生很大影响.

关键词: 磁场, 三维封闭方腔, 自然对流, 导电边界

Abstract:

In order to study the liquid metal natural convection under the magnetic eld with different wall conductivity, the natural convection of liquid metal in the 3D cubic enclosure under the magnetic field is numerically simulated. Numerical simulations show that the results obtained without the magnetic field are in agreement with the existing experimental results. Because the induced current and reversed Lorenz force are produced by the liquid metal flowing in a magnetic field, and the reversed Lorenz force would inhibit the natural convection flow and heat transfer of liquid metal. With the increase of the intensity of magnetic field, inhibition of liquid metal natural convection by the reverse Lorentz force is obvious. Conductive wall has an important effect on the natural convection than insulation wall.

Key words: magnetic field, three-dimensional, natural convection, conductive boundary

中图分类号:

TK124

王增辉, 陈欢, 杨嵩. 磁场作用下三维方腔内液态金属自然对流的数值模拟[J]. 中国科学院大学学报, 2013, 30(4): 472-477.

WANG Zeng-Hui, CHEN Huan, YANG Song. Numerical simulation of natural convection of liquid metal in a cubic enclosure under magnetic field[J]. , 2013, 30(4): 472-477.

参考文献

[1] Wakashima S, Saitoh T S. Benchmark solutions for natural convection in a cubic cavity using the high-order time-space method[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer,2004,47(4):853-864.

[2] Yang K L, Song Y Z, Ren J X. Experiment research on strengthen thermal magnetic heat convection in a closed cavity[J]. Journal of Engineering Thermophysics,2006, 24(6):996-998 (in Chinese). 杨昆仑,宋耀祖,任建勋. 封闭方腔热磁对流强化换热的实验研究[J].工程热物理学报,2006,24(6):996-998.

[3] Wang W H, Zhu Z Q, Li J L, et al. Three dimensional numerical simulation of lithium lead alloy flow and heat transfer in the liquid metal loop DRAGON[J]. Nuclear Science and Engineering, 2010, 30(2):166-171 (in Chinese). 汪卫华,朱志强,李晋岭,等. 液态金属回路DRAGON锂铅合金流动与传热三维数值模拟[J]. 核科学与工程, 2010,30(2):166-171.

[4] Xu B, Li B Q. Hot-film measurement of temperature gradient induced natural convection in liquid gallium[J]. Experimental Thermal and Fluid Science, 2005, 29(6):697-704.

[5] Kakarantzas S C, Sarris I E, Vlachos N S. Natural convection of liquid metal in a vertical annulus with lateral and volumetric heating in the presence of a horizontal magnetic field[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2011,54(3):347-356.

[6] Xu Z Y, Pan C J, Kang W S, et al. Experimental investigation on MHD instabilities of free surface jet and film flow for liquid metal divertor/limiter options[J]. Nuclear Fusion and Plasma Physics, 2008, 28(4):289-292 (in Chinese). 许增裕,潘传杰,康伟山,等. 几种液体金属自由表面的MHD不稳定性实验研究[J].核聚变与等离子体物理,2008,28(4):289-292.

[7] Ivan D P, Michele C. MHD free convection in a liquid-metal filled cubic enclosure differential heating[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2002, 45(7):1477-1492.

[8] Sarris I E, Kakarantzas S C, Grecos A P, et al. MHD natural convection in a laterally and volumetrically heated square cavity[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2005, 48(16):3443-3453.

[1]	任东伟, 阳倦成, 倪明玖. 水平磁场作用下金属液滴撞击电解质液池表面的实验研究[J]. 中国科学院大学学报, 2021, 38(4): 442-449.
[2]	雷天扬, 孟旭, 王增辉, 倪明玖. 强磁场下液态金属微槽道流动与换热实验研究[J]. 中国科学院大学学报, 2021, 38(4): 459-466.
[3]	周仲凯, 王增辉, 陈然. 强磁场下液态金属在竖直平板外的自由对流换热[J]. 中国科学院大学学报, 2020, 37(1): 13-19.
[4]	于星星, 张杰, 倪明玖. 水平磁场中液态金属射流的三维数值研究[J]. 中国科学院大学学报, 2019, 36(4): 481-486.
[5]	齐天煜, 阳倦成, 倪明玖. 展向磁场作用下液态金属GaInSn多层膜流实验研究[J]. 中国科学院大学学报, 2019, 36(3): 320-325.
[6]	董超, 张怀, 石耀霖. 地磁场发电机数值模拟综述[J]. 中国科学院大学学报, 2019, 36(2): 145-154.
[7]	陈然, 王增辉, 倪明玖. 强磁场对导电流体热毛细流动和换热影响的实验研究[J]. 中国科学院大学学报, 2019, 36(1): 25-30.
[8]	石宏岩, 刘捷, 卢文强. 水平紧密接触品字形三圆管自然对流换热的数值模拟[J]. 中国科学院大学学报, 2018, 35(5): 595-601.
[9]	李粲, 王增辉, 贾潇, 倪明玖. 强磁场和电场作用下的液态金属飞溅抑制的实验研究[J]. 中国科学院大学学报, 2018, 35(4): 444-450.
[10]	邹勇, 朱桂平, 李来, 黄护林. 旋转磁场下辐射加热温度对空间浮区对流的影响[J]. 中国科学院大学学报, 2018, 35(2): 261-269.
[11]	陈崇巨, 金彪. Zeeman磁场对有节点非常规超导体节点结构的影响[J]. 中国科学院大学学报, 2017, 34(3): 289-295.
[12]	廖艳飞, 王晓东, 那贤昭. 油井磁防蜡技术中的Halbach型磁场的设计[J]. 中国科学院大学学报, 2016, 33(6): 753-757.
[13]	刘婵, 张年梅, 倪明玖. 侧壁非对称的方管MHD流动的线性稳定性分析[J]. 中国科学院大学学报, 2016, 33(1): 42-49.
[14]	贾潇, 王增辉. 等离子体与液态金属相互作用的不稳定现象分析[J]. 中国科学院大学学报, 2016, 33(1): 50-56.
[15]	王进进, 张杰, 倪明玖. 均匀磁场中初始静止的液态金属在电流作用下三维运动的数值研究[J]. 中国科学院大学学报, 2015, 32(2): 166-171.

磁场作用下三维方腔内液态金属自然对流的数值模拟

Numerical simulation of natural convection of liquid metal in a cubic enclosure under magnetic field

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

访问统计

联系我们