磁场对微通道内纳米磁流体流动换热性能研究

为探究磁场强度和磁场方向对微通道内Fe_(3)O_(4)-H_(2)O纳米磁流体流动换热性能的影响,采用数值模拟的方法,以矩形微通道热沉为研究对象,对不同磁场强度和磁场方向作用下的微通道,在雷诺数为200—500之间展开仿真研究,模拟微通道内流体工质流动换热过程。结果表明:进出口压降随雷诺数的增大而增大,且随着磁场强度的增大,压降的增大趋势愈显著;微通道的换热性能随着磁场强度的增大,呈现出先增大后减小的趋势。研究发现Z(水平)方向磁场作用力造成的压力损失最大,对换热性能的提升最为明显,综合换热性能最佳,Y(竖直)方向次之,X(沿程)方向与无磁场作用时数值接近且最小。

磁流体流动控制在航空工程中的应用与发展

总结了国内外磁流体(MHD)流动控制的研究现状,重点介绍了磁流体流动控制的3个典型实验:调节超音速进气道激波系结构,抑制流体边界层分离,减弱诱导激波强度;对磁流体流动控制机理进行了初步分析,说明放电等离子体能在激励区产生高温等离子体层,由于局部气体高温高压诱导出激波,形成虚拟尖劈,从而改变原有流场结构,施加磁场的主要用途是对放电电弧施加宏观的洛仑兹体积力,控制电弧运动的方向。最后,总结了磁流体流动控制的优势,并对国内MHD流动控制在航空工程上的应用与发展进行了展望。

进气道等离子体/磁流体流动控制研究进展

为实现高速飞行器的宽速域飞行,如何保证进气道在非设计状态下的性能至关重要。相比于传统被动控制方式,等离子体/磁流体流动控制技术作为新概念主动流动控制技术,由于其具有结构简单,快速响应,并可根据实际飞行条件进行反馈控制等优势,在国内外上得到了广泛关注。本文介绍了等离子体/磁流体在高超/超声速进气道的主要应用方式与等离子体/磁流体建模方法。当进气道处于超临界状态时,等离子体/磁流体流动控制主要通过热阻塞效应产生虚拟型面,从而将激波系推回至唇口,该技术有望在需要短时间流动控制的高马赫数导弹上走向工程应用;由于等离子体/磁流体激励器与壁面平齐安装,对于高超声速飞行条件,相比于粗糙元其对热防护的要求较低,并且通过超声速风洞实验初步证明了通过高频激励对边界层施加扰动的可行性,需要从稳定性理论的角度对其物理机制进行研究。在后续发展中需要进一步创新等离子体产生技术及激励方式,发展等离子体与流的全耦合计算模型等离子体与流的全耦合计算模型与高效算法,为指导工程应用提供依据.

基于高温气体效应的磁流体流动控制研究进展

高超声速飞行器强激波后高温气体形成具有导电性的等离子体流场,电离气体为磁场应用提供了直接工作环境.磁流体控制技术利用外加磁场影响激波后的离子或电子运动规律,可有效地改善高超声速飞行器气动特性,在飞行器气动力操控和热环境管理等方面均具有广阔的应用前景;同时,超导材料及电磁技术的发展又重新推动了这一领域的研究热潮.虽然国内外在高超声速磁流体流动控制领域已开展了一些研究工作,但其实验研究依然极具挑战,且由于实验条件及测量技术等限制,其压力、热流等参数的测量并没有得出较为系统的结论,因此需要对影响脱体激波距离、热流、压力变化的规律及机理进行深入研究;同时,数值模拟方法和理论分析也亟待可靠的实验数据来对其进行验证.本综述调研和讨论了基于高温真实气体效应的磁流体流动控制技术研究,主要针对磁流体流动控制的试验技术、数值模拟、理论方法以及流动控制的主要研究方向等进行了总结,并对其发展趋势进行了讨论和展望.

高超声速湍流流动磁流体动力学控制机理

基于低磁雷诺数假设建立完全气体湍流流场、磁场耦合模型.数值计算方法上,通过AUSMPW+格式和LUSGS隐式处理方法求解磁流体动力学湍流流动方程,其中湍流模型采用Spalart-Allmaras模型.分析了不同外加磁场条件下平板及压缩拐角湍流边界层流动控制效果.研究表明:湍流边界层磁流体动力学流动控制效果与洛伦兹力大小正相关;外加磁场作用下,洛伦兹力的方向和流动方向相反,此时洛伦兹力起到减速的作用,减少了近壁面流体的动量,降低了边界层抵抗分离的能力;逆流向洛伦兹力减小了壁面的剪切应力,从而降低湍流流场壁面摩擦阻力系数,洛伦兹力对流体做负功,边界层内温度增加;磁相互作用位置对磁流体动力学分离区控制效果存在较大影响,工程应用中需配置合理的磁场布局方案.

磁补偿微重力环境实现及磁流体微重力内角流动研究

由于表面张力的作用,流体在微重力环境中沿一定夹角的内角壁面爬升过程与常重力状态不同。为了对微重力内角流动的物理过程进行研究,利用磁补偿方法搭建了常温磁流体微重力补偿实验台,实现了目标区域内纵向小于5%非均匀度的磁补偿微重力环境。并对不同重力条件下水基磁流体沿若干材料内角爬升过程进行了可视化实验研究,探究了微重力环境下流体与材料间的接触角以及内角角度对液体导流性能的影响以及毛细流动规律。结果表明,在满足Concus-Finn条件时,液面爬升高度和重力加速度近似呈反比关系。接触角和内角角度越小,流体输运能力越强,且重力水平越低,越为明显。当不满足Concus-Finn条件时,液面爬升高度和重力加速度近似呈线性关系,接触角和内角角度对流体输运能力的影响并不明显。

不均匀流动磁流体发电机的特性与研究进展

本文分析不均匀流动磁流体发电机实现高焓取出率的机理，述评研究进展，最后讨论需要解决的关键问题。

Casson流体作磁流体动力学流动时的Soret和Dufour效应

考虑Soret和Dufour效应,对Casson流体在可伸缩表面上,作磁流体动力学流动时的影响.首先导出相关的方程,然后用同伦法构造级数解.给出并讨论了速度、温度和浓度的场结果;在不同的物理参数下,得到并分析了表面摩擦因数、Nusselt数和Sherwood数的值;并验证了级数解的收敛性.

多孔介质中的粘性流体在径向伸展薄片间作磁流体动力学流动时的Dufour和Soret效应

在一个充满不可压缩、粘性、导电流体的多孔介质空间中,以两个无限伸展的薄片为边界,研究Dufour和Soret数对其间二维磁流体动力学稳定流动的影响,数学分析是在有粘性耗散、Joule热和一级化学反应下进行.通过适当的变换,将动量、能量和浓度定律所表示的偏微分控制方程组,变换为常微分方程组.利用同伦分析法(HAM)求解该方程组,保证了级数解的收敛性.分析了显现参数对无量纲速度、温度和浓度场的影响,同时对表面摩擦因数、Nusselt数和Sherwood数的影响进行了分析.

Hall效应对辐射参与性磁流体流动与传热影响的研究现状

Hall效应在不同的应用领域中,可以对流体流动起到促进的作用。然而在某些领域,Hall效应的存在却会使流场恶化,并有可能导致相关设备损坏。不论是上述那种情况,大都涉及到热辐射。因此文章针对Hall效应对辐射参与性磁流体流动与传热影响的研究现状进行了介绍。

热辐射和磁场对纳米磁流体流动与传热影响的研究现状

纳米磁流体是一类特殊的纳米流体,由于它在外加磁场作用时,能被控制、定位、定向和移动,还能起到强化传热作用,因此被广泛地应用于不同的领域,比如生物医学、可再生能源、光电信息等。本文分别从研究内容、研究方法和存在的不足之处入手,进行了对热辐射和磁场对纳米磁流体流动与传热影响的研究现状进行了介绍。

磁流体动力学在航空工程中的应用与展望

介绍了磁流体动力学在航空工程中的主要应用方式,主要包括:磁流体冲压组合发动机、磁流体涡轮组合发动机、燃烧室后磁流体发电、表面磁流体发电、磁流体加速风洞、磁流体推力矢量、进气道大尺寸磁流体流动控制、边界层分离流动控制、边界层转捩控制、飞行器头部热流控制等;探讨了磁流体技术在应用中存在的关键科学与技术问题,对导电流体的产生、磁流体实验设备与实验技术、多场耦合机理及数值模拟方法等进行了分析;最后对磁流体技术在航空工程上的应用与发展进行了总结与展望.

表面磁流体气动激励控制楔面激波规律数值研究

针对表面磁流体(MHD)气动激励对高超声速进气道在非设计状态下激波控制问题,从唯象学的角度出发,基于低磁雷诺数假设,将电磁作用简化为Navier-Stokes方程组中的源项处理,同时考虑到低气压、低磁场环境下电子回旋效应引起的Hall效应,并联立Ohm定律,建立磁流体动力学模型,通过与实验纹影对比验证了模型的合理性,并利用该模型研究了表面MHD加/减速激励作用位置与宽度、磁场强度、电导率和能量转化率等参数对楔面激波的影响规律。结果表明:表面MHD气动激励包括焦耳热与洛伦兹力作用,当放电功率密度为3.8×10~9k W/m^3,磁场强度为0.34T时,MHD加/减速激励分别使激波位置前移6mm与10mm;而磁场强度较低时,由于焦耳热的主导作用,将会出现激波前后压力比增大,激波强度增加等负面效应;根据激励参数的影响规律,激励器电极应靠近尖端布置,增大磁场强度,并改善等离子体源以提高气体电导率,同时适当增大激励区域宽度。

水基Fe_3O_4磁流体的制备及其性能研究

最近几年,许多研究集中在兼具液体流动性和固体磁性的双重性质的磁流体的制备上.磁流体中悬浮在液体中的固体颗粒大约10nm左右.为防止粒子团聚必须将粒子进行很好的分离,这种分离由向液体中滴加表面活性剂来完成.所以表面活性剂对形成稳定的磁流体来说是非常重要的.本文中我们找到了有效形成水基磁流体的两种表面活性剂.用化学共沉淀法制备了Fe3O4 纳米粒子,并且用双层表面活性剂对粒子进行包裹.纳米粒子的大小通过XRD及TEM分别进行了表征.本文获得了粒子分散良好的稳定的水基磁流体.主要对磁流体的粘度进行了讨论.结果表明该流体的粘度很小并随外磁场增加而增加,随温度升高而降低.

基于Bingham模型的磁流体阻尼器阻尼力研究

介绍了磁流体阻尼器的工作特点,归纳了阻尼力构建使用的不同模型,给出了研究使用磁流体阻尼器的结构示意,指出了阻尼力求解的要点。基于Bingham模型,将磁流体阻尼通道展开为平行平板后,推导了流动模式和剪切模式的磁流体阻尼器的阻尼力公式,构建了相应的阻尼力模型,比较了输入电流差异对阻尼力的影响,并给出了仿真分析的结论。

聚变堆液态包层准二维磁流体湍流模型研究

为研究聚变堆氚增殖包层中液态金属湍流磁流体动力学(MHD)效应,开发了一种新的准二维单方程MHD湍流模型,并进行了相关数值模拟程序的编制及验证。对于矩形管道中的准二维MHD湍流流动,三维流动主要发生在哈德曼层中,中心的主流区呈现出二维流动。为了反映这种特殊的流动特征,新湍流模型在标准k-ε模型的基础之上去掉了传统的耗散项,代之以电磁耗散项来模拟湍流MHD效应。同时,采用Bradshaw假设来对湍流涡粘系数进行模化。为验证该湍流模型是否合理,编制了相关数值模拟程序,并利用直接数值模拟(DNS)结果对该程序进行了校正,数值模拟结果与DNS结果吻合较好。计算结果表明,该湍流模型可应用于聚变堆液态包层MHD湍流流动的数值模拟。

磁流体技术在煤炭分选中应用研究

磁流体技术在煤炭分选中的应用一直处于科研研究阶段,分析了煤炭颗粒的流体力学特征,指出了颗粒特征对分选效果、能力及分选装置结构设计的影响,提出设计多槽体小槽箱的分选装置是提高分选效率的最佳途径。

化学反应对竖直平板边界磁流体动力学微极流体滑流的影响

对半无限竖直平板为边界的多孔介质,研究了传热、传质对微极流体不稳定滑流的影响,其化学反应是一级均匀的.均匀磁场垂直作用于可以吸收微极流体的多孔表面,吸引速度随着时间而变化.自由流动的速度随着微小扰动而呈指数增大或减小.采用近似方法获得了微极流体的速度、微转动、温度、浓度的表达式,还得到了在不同流体特征和流动条件下,壁面的摩擦系数、耦合应力系数、传热率和传质率.

微极流体向受热面的MHD驻点流动

分析了有均匀横向磁场作用时,导电微极流体垂直冲击受热面时形成的二维驻点流动问题.应用适当的相似转换,将连续、动量、角动量及热量的控制方程,及其相应的边界条件,简化为无量纲形式.然后,利用以有限差分离散化为基础的算法,求解简化了的自相似非线性方程.用Richardson外推法,进一步求精其结果.以图表形式表示磁场参数、微极性参数、Prandtl数对流动和温度场的影响,说明了其解的重要特性.研究表明,随着磁场参数的增大,速度和热边界层厚度变小了.与Newton流体相比较,微极流体的剪应力和传热率出现明显的减少,这对聚合物生产过程中流体的流动和热量控制是有益的.

磁流体力学方程组的激波生成

研究磁流体横向流动的一维模型 ,在解的强间断出现后流场的性质· 利用迭代法具体构造了该方程组的强间断—激波以及问题的熵解· 同时 ,利用激波的性质 。