磁场、流体特性及几何参数对液态金属双扩散对流的影响

磁场作用下导电流体热对流是当前研究的热点问题,本文采用高精度高分辨率的数值方法对二维腔体内液态金属双扩散对流进行直接数值模拟,研究了在水平或垂直磁场作用下,磁场强度、Prandtl数、Lewis数以及高宽比对流动和传热传质的影响.研究结果表明:磁场主要表现为对流动和传热传质的抑制作用.在相同强度下,水平磁场比垂直磁场的抑制作用更大,但在较弱磁场和较强磁场时,二者对传热传质的影响效果相近.对于不同方向和强度的磁场,传热传质效率总是随着Prandtl数的增大而增大,并且在Pr=0.9附近存在解的分岔现象.随着Lewis数的增大,流动从定常流动过渡到周期流动,且传质效率受到的影响更大.在所考虑的高宽比范围内,随着高宽比的增大,无磁场及弱磁场时传热传质效率振荡变化,而强磁场下传热传质效率受高宽比的影响较小.对相同涡卷数量的流动,高宽比越小,传热传质越强.

外磁场下不同液态金属双扩散对流的数值模拟

采用高精度、高分辨率的数值方法,对三种方向的外磁场下长腔内不同液态金属双扩散对流的动力学特性进行直接数值模拟研究,揭示了流体物性参数Prandtl数(Pr)、磁场方向以及磁场强度对流动和传热传质的影响规律.结果表明:在所考察的Prandtl数范围内,随着Pr的增大,弱磁场时,流动从非定常的周期流动过渡为定常对流,其中Prandtl数为0.03时该对流系统存在非定常解,流动是周期性的,传热传质效率先快速增长,之后增速变缓;中等强度磁场时,流动始终是定常的,传热传质效率随Prandtl数增大的增速进一步减缓;强磁场时,流动总是定常的,传热传质效率几乎不随Prandtl数的改变而改变.在同一磁场强度下,相比于45°倾斜磁场和水平磁场,垂直磁场对传热传质效率产生的抑制作用较小.