論通過磁場增強液態(tài)金屬制冷性能的方法

1、論通過磁場增強液態(tài)金屬制冷性能的方法1論通過磁場增強液態(tài)金屬制冷性能的方法摘要：關(guān)鍵詞：液態(tài)金屬冷卻機對流換熱磁流體動力學非均勻磁場渦輪冷卻葉片這項工作的目的是初步評價一種新的液體冷卻劑的潛能：一種導電流體可以流過通道，在磁領域進行撞擊，造成的效果類似的通道肋（紊流），而且在原則上次效果是可控的。為了更好的了解磁流體動力學的效果，DNS已用于研究非均勻磁場對流經(jīng)二維通道的液態(tài)金屬的影響。影響這個流場的無量綱數(shù)有雷諾茲數(shù)（Re）和斯圖爾特

2、數(shù)（St）。后者提供的洛倫茲力與相對重量慣性力成正比。在層流區(qū)液態(tài)鋰在沒有磁場的情況下（Re=2000，St=0），而增加值的斯圖爾特數(shù)（Re=2000，St=7501000和2000），事實情況也表明了改變磁場力會影響對流換熱的大小。對于一個直徑2厘米的渠道，把斯圖爾特數(shù)對應的磁場強度控制在1~2T之間，技術(shù)上采用電磁鐵或永久磁鐵都是可以達到的。仿真結(jié)果表明，局部的努塞爾數(shù)可高于在非磁性情況下的2.8倍之多。1.引言傳統(tǒng)的液體，例如水

3、、礦物合成油、乙二醇都是常用的傳染流體。不同的流體應用于不同的傳熱技術(shù)中，但由于流體的導熱系數(shù)低，所以并沒有哪一種液體可以迅速增加熱傳遞量的。而液態(tài)金屬的熱導率更高使其成為更加優(yōu)良的傳熱液體，冷卻高密度熱源的能力更強，在密閉環(huán)境下擴散性能也更強。因此液態(tài)金屬已廣泛應用于核發(fā)電站?？焖俜磻淹ǔＪ褂靡簯B(tài)金屬作為主要的冷卻劑用來控制核心溫度和產(chǎn)生用于渦輪機的蒸汽。此外，為了使一些快速反應堆體積更加小，金屬燃料（PuFe）也在高溫液態(tài)金屬冷卻

4、劑中組合使用，即鎵。液體金屬被采用于鉆機實驗研究中，其中一個例子就是在阿爾貢國家實驗室中的先進光子源（APS）實驗，液態(tài)金屬被用來冷卻同步加速器中的高強度X射線。液態(tài)金屬鎵和鋁合金具有熔點低，黏度低，高導熱性和高熱容，可作為計算機芯片和電子設備的冷卻劑。液態(tài)金屬另一個值得注意的物理特性就是高導電性，這個特性使其在技術(shù)上更有優(yōu)越性。實際上，由于其高導電性可以使其減少接觸電阻，適用于電連接器。在下一代超高效的太陽能發(fā)電廠，堿金屬也被當作研究

5、的工作流體。堿金屬在太陽能塔傳輸熱能的狼啃循環(huán)（頂循環(huán)）同論通過磁場增強液態(tài)金屬制冷性能的方法3大規(guī)模的速度波動。由于液態(tài)金屬的不透明度和腐蝕性，導致磁流體流動的實驗研究無法提供對流場結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)的詳細信息，出于這個原因，數(shù)值模擬成為研究磁流體流動的一個必不可少的手段。Wildlund等人以及Kenjeres和Hanjalic還制作了專門的MHD湍流模型，來完成對雷諾茲平均值（RANS）模擬和大渦模擬（LES）。直接模擬數(shù)值（DNS）在磁

6、流體流動的研究中越來越重要，因為DNS可用于研究湍流的基本方面，可以提供一種用于湍流模型校準數(shù)據(jù)庫。DNS也被Boeck等人用來表征湍流的雷諾茲數(shù)和哈特曼數(shù)的不同的值。DNS已首次應用于研究非均勻磁場的層流對液態(tài)金屬的相互作用。這項工作假設了非均勻磁場將引發(fā)二次流域，此流域撞擊到通道壁。最近研究表明，撞擊流是強化傳熱通道流量的最相關(guān)原因。一些初步的模擬結(jié)果證明提出的冷卻系統(tǒng)概念的可行性。MHD方程、數(shù)值計算方法和仿真程序，在3、4、5部

7、分中均有介紹。流體溫度和努塞爾數(shù)的分布與液態(tài)金屬流動和非均勻磁場之間的相互作用也在隨后進行描述。最后，第6部分介紹了主要的成果和簡要介紹了一下未來的前景。2.概念證明我們提出了由液態(tài)金屬環(huán)完成高溫渦輪葉片冷卻的新概念：該系統(tǒng)的示意圖如圖1所示。液態(tài)金屬在渦輪葉片內(nèi)被泵運送通過蛇形通道，實現(xiàn)了對葉片從內(nèi)表面到外表面的冷卻。高溫液態(tài)金屬離開葉片通道由一個外部熱交換器冷卻，然后送回循環(huán)泵。而非均勻磁場源則在接近冷卻通道表面來精確控制傳熱。磁源