磁流体管流的直接数值模拟研究

doi:10.16568/j.0254-6086.201604004

核聚变与等离子体物理 ›› 2016, Vol. 36 ›› Issue (4): 309-314.DOI: 10.16568/j.0254-6086.201604004

磁流体管流的直接数值模拟研究

谭忠权1，毛洁*1，刘克2

(1. 杭州电子科技大学机械工程学院，杭州 310018；2. 大连理工大学能源和动力工程学院，大连 116024)

出版日期:2016-12-15 发布日期:2016-12-14
作者简介:谭忠权(1990-)，男，江西赣州人，硕士，主要从事磁流体动力学、计算流体力学数值模拟方法的研究。
基金资助:
国家自然科学基金(11375049)；国家磁约束核聚变能发展研究专项(2014GB125003)

Direct numerical simulations of magnetohydrodynamics on turbulent duct flow

TAN Zhong-quan1, MAO Jie1, LIU Ke2

(1. Hangzhou Dianzi University, School of Mechanical Engineering, Hangzhou 310018； 2. Dalian University of Technology, School of Energy & Power Engineering, Dalian 116024)

Online:2016-12-15 Published:2016-12-14

摘要/Abstract

摘要：

在开源的CFD 工具包OpenFOAM 环境下开发了基于低磁雷诺数的磁流体湍流数值模拟求解器，对 2π ×1×1的方管中无磁场湍流和磁流体湍流进行直接数值模拟研究，给出了截面瞬时速度、平均速度的分布，截面对称中心线上的脉动速度的均方根值、湍动能的分布。计算结果表明，外加磁场对磁流体湍流具有抑制作用和并且这种抑制作用具有各向异性。

关键词: 磁流体, 湍流, 直接数值模拟, OpenFOAM

Abstract:

Magnetohydrodynamic turbulent flow solver with low magnetic Reynolds number was developed in open source CFD software toolbox of OpenFOAM. Hydrodynamic turbulent flow and magnetohydrodynamic turbulent flow in a 2π ×1×1 square duct were simulated by the validated turbulent DNS solver. The distribution of instantaneous velocity, average velocity on the cross section, the root mean square value of the fluctuation velocity and the turbulent kinetic energy along bisector of the cross section were presented. The numerical results show that the applied external magnetic field has a suppression effect on MHD turbulent fluctuation. At the same time, the suppression effect is anisotropic.

Key words: Magnetohydrodynamic flow, Turbulent flow, DNS, OpenFOAM

中图分类号:

TM344.1

谭忠权1，毛洁*1，刘克2. 磁流体管流的直接数值模拟研究[J]. 核聚变与等离子体物理, 2016, 36(4): 309-314.

TAN Zhong-quan1, MAO Jie1, LIU Ke2. Direct numerical simulations of magnetohydrodynamics on turbulent duct flow[J]. NUCLEAR FUSION AND PLASMA PHYSICS, 2016, 36(4): 309-314.

参考文献

[1] Smolentsev S, Moreau R, Bühler L, et al. MHD thermofluid issues of liquid-metal blankets: Phenomena and advances [J]. Fusion Engineering and Design, 2010,85(7−9): 1196−1205.
[2] Bürr U, Barleon L, Müller U, et al. Turbulent transport of momentum and heat in magnetohydrodynamic rectangular duct flow with strong sidewall jets [J].Journal of Fluid Mechanics, 2000, 406(1): 247−279.
[3] Krasnov D, Zikanov O, Boeck T. Numerical study of magnetohydrodynamic duct flow at high Reynolds and Hartmann numbers [J]. Journal of Fluid Mechanics, 2012,704: 421−446.
[4] Smolentsev S, Badia S, Bhattacharyay R, et al. An approach to verification and validation of MHD codes for fusion applications [J]. Fusion Engineering and Design,2015, 100: 65−72.
[5] Zikanov O, Krasnov D, Boeck T, et al. Laminar-turbulent transition in magnetohydrodynamic duct, pipe, and channel flows [J]. Applied Mechanics Reviews, 2014,66(3): 030802.
[6] Habchi C, Antar G. Direct numerical simulation of electromagnetically forced flows using OpenFOAM [J].Computers & Fluids, 2015, 116: 1−9.
[7] 陈智, 张劲柏, 李椿萱. 低磁雷诺数不可压缩磁流体槽道湍流电场相关特性的直接数值模拟 [J]. 中国科学: 物理学力学天文学, 2010, 40(09): 1144−1155.
[8] Chaudhary R, Vanka S P, Thomas B G. Direct numerical simulations of magnetic field effects on turbulent flow in a square duct [J]. Physics of Fluids, 2010, 22(7): 075102.
[9] Chaudhary R, Shinn A F, Vanka S P, et al. Direct numerical simulations of transverse and spanwise magnetic field effects on turbulent flow in a 2:1 aspect ratio rectangular duct [J]. Computers & Fluids, 2011,51(1): 100−114.
[10] 陈龙, 倪明玖. 方形管道中MHD湍流的直接数值模拟[A]. 第八届全国流体力学学术会议论文摘要集 [C].2014.
[11] Ni M J, Munipalli R, Morley N B, et al. A current density conservative scheme for incompressible MHD flows at a low magnetic Reynolds number, part I: on a rectangular collocated grid system [J]. Journal of Computational Physics, 2007, 227(1): 174−204.
[12] Shercliff J A. Steady motion of conducting fluids in pipes under transverse magnetic fields [J]. Proceedings of the Cambridge Philosophical Society, 1953, 49: 136−144.

[1]	王炼，钱伟，白泉，魏然，车通，刘星，徐丽莎，郑鹏飞. HL-2A装置上边界间歇性事件与湍流粒子输运的统计学研究[J]. 核聚变与等离子体物理, 2020, 40(4): 289-293.
[2]	王坤，姜林村，张董，张阅，王天浩. 真空中金属丝电爆炸数值模拟研究[J]. 核聚变与等离子体物理, 2020, 40(4): 315-320.
[3]	吴一帆1, 2，余羿1, 2，柯锐2，许敏2，聂林2，吴婷2，孙爱萍2，兰涛1，袁博达1, 2，刘灏1, 2，龚少博1, 2，龙婷2，段旭如2，叶民友1，HL-2A团队2. HL-2A装置中性束发射光谱诊断系统的研制与测试 [J]. 核聚变与等离子体物理, 2020, 40(3): 200-207.
[4]	周艺轩1, 李颖颖2, 江堤2, 陶巍1, 余羿1, 吕波2, 叶民友*1. EAST H模等离子体中离子内部输运垒特性的初步实验研究[J]. 核聚变与等离子体物理, 2020, 40(3): 208-214.
[5]	吴茗甫1, 2，文斐*2，向皓明1, 2，张涛2，刘子奚1，王嵎民2，李恭顺3, 4，耿康宁1, 2，钟富彬1, 2，叶凯萱1, 2，黄佳1, 2，韩翔2，张寿彪2，高翔1, 2. EAST装置上W波段多道极向相关反射仪的研制[J]. 核聚变与等离子体物理, 2020, 40(3): 241-247.
[6]	陈豪杰，刘海华*，李亮玉，赵淘 . 微束等离子体弧焊电弧物理特性多场耦合分析[J]. 核聚变与等离子体物理, 2020, 40(3): 283-288.
[7]	徐超，毛洁*，尹跃广，王浩. 带引流条导电矩形管磁流体湍流大涡数值模拟[J]. 核聚变与等离子体物理, 2019, 39(2): 112-118.
[8]	闻杰，石中兵*，钟武律，梁桉树，蒋敏，施培万，杨曾辰，陈伟，方凯锐，刘泽田. 微波多普勒反射计数据分析的一种优化方法[J]. 核聚变与等离子体物理, 2019, 39(1): 1-8.
[9]	刘佰奇1，阳倦成2，齐天煜1，任东伟1，倪明玖1. 水平磁场中液态锂膜流动实验装置及初步结果[J]. 核聚变与等离子体物理, 2019, 39(1): 62-67.
[10]	李俊龙1, 2，朱平2，高鹏3，任安业3. 空气域中铁磁流体动态控制研究[J]. 核聚变与等离子体物理, 2018, 2(4): 402-407.
[11]	王俊，张国书，张龙，王晓宇. 方管锂铅磁流体氚增殖剂中的氚输运模拟[J]. 核聚变与等离子体物理, 2018, 2(3): 254-259.
[12]	曹小岗1，魏强林1，韩磊2，马小春3，张志艳2，韦建军2，芶富均3. 液态锂综合实验平台中液态锂流面与氩等离子体相互作用[J]. 核聚变与等离子体物理, 2018, 2(3): 260-268.
[13]	龙婷，聂林，柯锐，许敏*，吴一帆，郭栋，王占辉，袁博达，龚少博，刘灏，HL-2A团队. HL-2A等离子体边缘极向剩余胁强的研究[J]. 核聚变与等离子体物理, 2018, 2(1): 1-7.
[14]	毛洁1，王浩1，刘克2，王盛1，Claude B Reed3. 基于OpenFOAM的投影法磁流体求解器开发与验证[J]. 核聚变与等离子体物理, 2018, 2(1): 15-20.
[15]	胡世林1，李继全1, 2. 托卡马克边缘湍流中带状流的负粘滞阻尼[J]. 核聚变与等离子体物理, 2017, 37(2): 125-130.

磁流体管流的直接数值模拟研究

Direct numerical simulations of magnetohydrodynamics on turbulent duct flow

PDF

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