《局部磁場對導電流體繞鈍體流動減阻和傳熱強化的影響》是依託南京航空航天大學，由黃護林擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：局部磁場對導電流體繞鈍體流動減阻和傳熱強化的影響
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：黃護林
- 依託單位：南京航空航天大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
導電流體通過外加局部磁場時,可以在流體內部形成一虛擬鈍體-磁鈍體,可以利用此效應,對冶金、換熱、航空、海洋平台和化工等過程中導電流體繞下游鈍體流動進行減阻和局部傳熱強化,具有很強的套用背景和較高的理論價值。這一方法在理論和套用上都有很強創新性,對此還沒有完整的理論解釋和實驗描述。本申請將發展三維非均勻磁場的MHD數值計算方法,結合實驗研究，從研究誘導磁場、電流場及洛侖茲力特徵開始,系統地研究局部磁場產生磁鈍體的條件、渦流的形成及其三維時空圖像和演化規律、流動不穩定性的動力學特徵，獲得局部磁場形狀、尺寸、強度等外在參數與繞鈍體流動的速度場、邊界層、尾跡的演化及溫度場等內在流動特徵之間關聯規律,了解磁鈍體與下游鈍體尾跡相互作用下的尾跡特徵，闡明磁鈍體對下游繞鈍體流動減阻和傳熱強化的影響機制，獲得可供套用進行參數設計的準則關係式，為繞鈍體流動減阻及傳熱強化的套用提供理論指導和實驗依據。
結題摘要
導電流體流經外加非均勻局部磁場時會在流體內部產生一個與流動方向相反的洛侖茲力。這種非接觸式力被廣泛套用於冶金(如電磁攪拌)和流動測量(如洛侖茲力速度儀)等。本項目以非均勻局部磁場下導電流體流動和傳熱為研究對象，建立了有效的三維數學模型和CFD程式，系統地研究了多種參數下磁鈍體渦流的形成、尾跡時空演化機理及其對流動和傳熱的影響規律；並利用發展的磁流體計算程式研究了磁鈍體作擾動體，其對流體繞流下游鈍體時的流動和換熱特徵的影響機制。研究結果顯示，在合適的磁約束因子、相互作用參數和雷諾數時，導電流體流經非均勻局部磁場可形成穩定的雙渦結構或穩定的六渦結構，即出現與固體鈍體繞流中類似的現象—在流體局部區域內形成磁鈍體。隨雷諾數的增大，磁鈍體穩定六渦結構中的附著渦會交替地脫落而形成類似於固體鈍體尾跡中的卡門渦街；渦脫落頻率隨通道阻塞率的增大而增大，且連線渦在通道阻塞率較大時不能穩定地共存；當通道展向寬度足夠大時，渦脫落頻率幾乎不受磁約束因子、相互作用參數和雷諾數的影響，且連線渦對能穩定地存在。磁鈍體尾跡的不穩定性比穩定渦流可以更顯著地促進通道中的對流換熱；且通道中的對流換熱能力與磁約束因子成正比，與阻塞率成反比。在單排磁鈍體陣列工況下，隨來流速度的增加渦流結構形成與演化規律和孤立磁鈍體類似。隨來流速度的減小和磁鈍體間隙率的增大，相鄰尾跡渦流間的相互作用減弱，此時磁鈍體陣列尾跡渦脫落規律與孤立磁鈍體相似。當慣性力較強時(如Re=900)，通道芯部的兩個磁鈍體尾跡渦流會向臨近的尾跡擴展而擾動整個尾跡區，從而使得附著渦無明顯的脫落主頻。磁鈍體陣列較孤立磁鈍體對換熱的促進作用更顯著。磁鈍體作為上游擾動體時，磁鈍體和圓柱/方柱間的區域記憶體在兩種明顯的流動模式：空穴模式和尾流撞擊模式。鈍體間距較小時為空穴模式，間距較大時為尾流撞擊模式。兩種模式下磁鈍體都可以減小下游圓柱/方柱的阻力，而空穴模式時的減阻效果更好。磁鈍體引入的壓降損失與下游鈍體的截面形狀有關，磁鈍體對方柱阻力的減小要高於磁鈍體所引入的壓降損失。下游鈍體迎風面與周圍流體的換熱能力明顯減弱，從而使得下游鈍體與周圍流體的整體對流換熱能力降低。以上研究成果對了解磁鈍體渦流結構的形成、對傳熱的影響及流動主動控制技術具有重要價值。
