帶通道插件磁流體方管層流數(shù)值模擬.pdf

1、國際熱核聚變實驗堆將為安全利用核聚變能的科學(xué)可行性及相關(guān)技術(shù)提供測試平臺。其中,實驗包層模塊是公認(rèn)的國際熱核聚變實驗堆的關(guān)鍵技術(shù)之一。它主要用于氚的增殖和將聚變能轉(zhuǎn)化為可利用的熱能。經(jīng)過多年的發(fā)展,實驗包層模塊取得的了顯著的成果。液態(tài)雙冷鋰鉛實驗包層模塊被認(rèn)為最具競爭力的候選包層之一。
　　 液態(tài)金屬作為冷卻材料時受到約束等離子體的環(huán)向強(qiáng)磁場(5-15T)的作用。因此當(dāng)液態(tài)金屬鋰鉛在包層內(nèi)流動時因外加強(qiáng)磁場而產(chǎn)生的磁流體動力學(xué)效

2、應(yīng),將會在管內(nèi)產(chǎn)生額外的MHD壓降,改變管內(nèi)的流場分布。MHD壓降隨實驗包層結(jié)構(gòu)材料與液態(tài)金屬的相對電導(dǎo)率的增長而劇烈增長。因此減小MHD壓降的關(guān)鍵就在于增加實驗包層結(jié)構(gòu)的電絕緣性。
　　 目前國內(nèi)外傾向的做法是采用通道插件結(jié)構(gòu)來降低電導(dǎo)率,它是指在包層管壁內(nèi)側(cè)再增加一層碳化硅材料的絕緣層。通道插件將通道的流體分成兩個不同流動狀態(tài)區(qū)的,希望通過碳化硅材料的低電導(dǎo)和開孔或開槽平衡壓力,使中心區(qū)流速高、邊界區(qū)流速低從而大大降低MHD

3、壓降。
　　 文中簡要介紹了國際熱核聚變實驗堆的背景、計劃、發(fā)展歷程,介紹了實驗包層模塊,并著重分析了國內(nèi)外在降低磁流體動力學(xué)效應(yīng)上的研究成果和現(xiàn)狀。本文重點是基于FLUENT軟件MHD模塊中的磁感應(yīng)方程法求解磁流體方管層流問題,并分析其結(jié)果。并給出基于FLUENT軟件求解MHD問題時,結(jié)構(gòu)網(wǎng)格模型中軸向網(wǎng)格步長的要求。
　　 本文首先分別對不同哈特曼數(shù)(Ha=100和Ha=400)方管導(dǎo)電壁磁流體層流進(jìn)行數(shù)值模擬。以矩

4、形方管磁流體層流的數(shù)值模擬為基礎(chǔ),進(jìn)一步對Ha=400時帶通道插件方管下不同壓力平衡槽寬度(2mm和6mm)的方管層流進(jìn)行數(shù)值模擬研究。
　　 根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果顯示,.普通方管層流外加磁場之后,使得截面速度更加平均化,入口長度大大縮小,而壓力梯度卻極大的增加。隨著磁場強(qiáng)度的增大,速度分布變的相對復(fù)雜,軸向的磁流體動力學(xué)效應(yīng)更加明顯。在方管中增加道插件結(jié)構(gòu)能夠很好的減少MHD壓降。但壓力平衡槽的作用局限于附近領(lǐng)域。同時,在槽內(nèi)的發(fā)