磁流體邊界層內流動和傳熱特性的基礎理論研究

《磁流體邊界層內流動和傳熱特性的基礎理論研究》是依託東北大學，由田溪岩擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：磁流體邊界層內流動和傳熱特性的基礎理論研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：田溪岩
• 依託單位：東北大學

中文摘要

採用實驗結合理論分析和數值模擬的方法，研究磁場作用下連續移動壁面上磁流體邊界層內流動和傳熱規律。在導電流體邊界層內施加磁場，其方向可以與壁面垂直或是成某一角度。運動的磁流體中施加不與主流方向平行的磁場時，會在磁流體內部產生洛倫茲力，利用洛倫茲力對磁流體邊界層內的流動進行非接觸控制，進而間接控制傳熱。這是集電磁、流動和傳熱耦合的複雜物理過程。此外，對於一些輻射參與性磁流體介質而言，特別是光學薄介質，當壁面與磁流體主流區溫差較大時，輻射換熱作為一種重要的換熱方式不能忽視。本課題擬通過實驗找出磁場、流場和溫度場的相互作用規律，通過數值模擬對實驗的物理過程進行仿真，將實驗結果和數值模擬結果進行對比驗證，通過研究Nusselt數、Prandtl數、Hartmann數和Reynolds數等準則數的關聯關係，揭示磁流體邊界層內流動和傳熱特性。

結題摘要

針對項目申請時提出的研究內容和目標，認真組織和實施了研究過程，嚴格按照預算使用了研究經費。研究取得了重要成果,主要包括：邊界層N-S控制方程的直接求解的推導工作，高精度高效率的譜算法程式開發工作，對不可壓縮粘性導電流體的穩態二維層流流動、傳熱和傳質問題進行了一維配置點譜方法模擬。首先，將二維偏微分控制方程通過李群變換轉變為一維高階常微分方程，相似方程用配置點譜方法進行離散求解；在此基礎上，直接模擬穩態二維層流流動、傳熱和傳質的問題。二維直接數值模擬可拉伸平板上納米流體邊界層層流流動、傳熱和傳質的問題。分析二維模擬結果，研究對流換熱、布朗運動、熱遷移、粘性耗散、傳質、外加熱源和磁場等對速度邊界層、溫度邊界層和濃度邊界層的影響，並討論流體與壁面的相對速度、普朗特數 、瑞利數 、浮升比 、哈德曼數 、埃克特數 以及劉易斯數 對邊界層內流場、溫度場和濃度場的影響。輻射磁流體（R-MHD）的輻射效應耦合，系統分析了磁場強度、輻射參數（光學厚度、吸收率、反照率、壁面黑度等）對邊界層內磁流體流動與傳熱行為的影響；重點分析了磁流體力學中熱輻射的重要性。研究共發表SCI期刊論文4篇，國際會議論文1篇。對照當初項目申請的研究內容和目標，很好地完成了該自然基金項目。以上系列成果也為今後的磁流體力學、輻射磁流體力學非穩定性分析奠定了雄厚的基礎。