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MHD Stability Analysis and Flow Controls of Liquid Metal Free Surface Film Flows as Fusion Reactor PFCs 被引量:1
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作者 张秀杰 潘传杰 许增裕 《Plasma Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第12期1204-1214,共11页
Numerical and experimental investigation results on the magnetohydrodynamics(MHD) film flows along flat and curved bottom surfaces are summarized in this study. A simplified modeling has been developed to study the ... Numerical and experimental investigation results on the magnetohydrodynamics(MHD) film flows along flat and curved bottom surfaces are summarized in this study. A simplified modeling has been developed to study the liquid metal MHD film state, which has been validated by the existing experimental results. Numerical results on how the inlet velocity(V), the chute width(W) and the inlet film thickness(d0) affect the MHD film flow state are obtained. MHD stability analysis results are also provided in this study. The results show that strong magnetic fields make the stable V decrease several times compared to the case with no magnetic field,especially small radial magnetic fields(Bn) will have a significant impact on the MHD film flow state. Based on the above numerical and MHD stability analysis results flow control methods are proposed for flat and curved MHD film flows. For curved film flow we firstly proposed a new multi-layers MHD film flow system with a solid metal mesh to get the stable MHD film flows along the curved bottom surface. Experiments on flat and curved MHD film flows are also carried out and some firstly observed results are achieved. 展开更多
关键词 liquid metal mhd stability flow control film flows magnetic fusion reactor
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MHD控制激波诱导湍流边界层分离的机理分析 被引量:6
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作者 苏纬仪 陈立红 张新宇 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第1期18-23,共6页
为了研究磁流体动力学(Magnetohydrodynamics:MHD)加速边界层对激波-湍流边界层相互作用的影响,用高阶有限差分法求解了小磁雷诺数近似的MHD湍流方程。其中,无粘通量采用WENN格式离散、粘性通量采用Roe平均中心差分离散,时间采用半隐式... 为了研究磁流体动力学(Magnetohydrodynamics:MHD)加速边界层对激波-湍流边界层相互作用的影响,用高阶有限差分法求解了小磁雷诺数近似的MHD湍流方程。其中,无粘通量采用WENN格式离散、粘性通量采用Roe平均中心差分离散,时间采用半隐式推进,并采取追赶法求解。计算给出了湍流、电场、磁场和电导率等参数对边界层分离的影响,数值结果显示:在同样的逆压梯度下,湍流边界层分离能更快地趋于稳态流场,且分离区比层流小;通过施加洛仑兹力加速,边界层速度型面变得更加饱满、位移厚度减小、分离点和再附点向激波与固壁的交点靠近,分离区尺寸减小甚至最终被消除。 展开更多
关键词 激波边界层相互作用 mhd流动控制 小磁雷诺数 边界层分离
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MHD控制超声速边界层的理论研究和数值分析 被引量:5
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作者 苏纬仪 陈立红 张新宇 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2010年第4期782-788,共7页
对MHD(mechanisms of magnetohy drodynamics)控制超声速平板湍流边界层的机理进行了理论研究和数值模拟.理论上,采用等离子体低频近似碰撞频率模型,建立等离子体中电子和离子的力平衡方程,得到等离子体速度、极化电场以及边界层速度.... 对MHD(mechanisms of magnetohy drodynamics)控制超声速平板湍流边界层的机理进行了理论研究和数值模拟.理论上,采用等离子体低频近似碰撞频率模型,建立等离子体中电子和离子的力平衡方程,得到等离子体速度、极化电场以及边界层速度.数值上,通过空间HLLE格式、LU-SGS时间推进求解时均磁流体动力学湍流方程,其中湍流模型采用sst-kω双方程模型.研究结果表明:(1)边界层速度的理论结果和数值结果误差在7%范围内;(2)只有磁场而电场为零时,洛仑兹力起到减小摩阻的作用.施加电场后,洛仑兹力能够加速边界层低速区流体;(3)在边界层外层,越靠近壁面,作用参数越小;而在边界层近壁区黏性底层,虽然惯性力减小,但黏性力却迅速增加,因此越靠近壁面,作用参数反而越大,加速低速流的代价增加. 展开更多
关键词 mhd流动控制 边界层加速 低频近似 超声速边界层
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磁流体动力学在航空工程中的应用与展望 被引量:19
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作者 李益文 张百灵 +3 位作者 李应红 肖良华 王宇天 何国强 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2017年第1期452-502,共51页
介绍了磁流体动力学在航空工程中的主要应用方式,主要包括:磁流体冲压组合发动机、磁流体涡轮组合发动机、燃烧室后磁流体发电、表面磁流体发电、磁流体加速风洞、磁流体推力矢量、进气道大尺寸磁流体流动控制、边界层分离流动控制、边... 介绍了磁流体动力学在航空工程中的主要应用方式,主要包括:磁流体冲压组合发动机、磁流体涡轮组合发动机、燃烧室后磁流体发电、表面磁流体发电、磁流体加速风洞、磁流体推力矢量、进气道大尺寸磁流体流动控制、边界层分离流动控制、边界层转捩控制、飞行器头部热流控制等;探讨了磁流体技术在应用中存在的关键科学与技术问题,对导电流体的产生、磁流体实验设备与实验技术、多场耦合机理及数值模拟方法等进行了分析;最后对磁流体技术在航空工程上的应用与发展进行了总结与展望. 展开更多
关键词 磁流体 磁流体发电 磁流体加速 磁流体流动控制 等离子体
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超声速非平衡电离磁流体流动控制试验和数值模拟 被引量:7
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作者 李益文 樊昊 +5 位作者 张百灵 王宇天 段成铎 高岭 庄重 何国强 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第3期146-155,共10页
为了开展磁流体(MHD)流动控制原理研究,建立了磁流体技术试验系统,采用电容耦合射频-直流组合放电对Ma=3.5气流进行电离,在磁场作用下产生顺/逆气流方向的洛伦兹力控制流场,采用试验段静压变化来监测磁流体流动控制效果,通过一维模型计... 为了开展磁流体(MHD)流动控制原理研究,建立了磁流体技术试验系统,采用电容耦合射频-直流组合放电对Ma=3.5气流进行电离,在磁场作用下产生顺/逆气流方向的洛伦兹力控制流场,采用试验段静压变化来监测磁流体流动控制效果,通过一维模型计算磁流体流动控制过程中流场变化情况,分析磁流体流动控制效果;通过添加电磁源项的Navier-Stokes方程耦合电势泊松方程建立了二维磁流体动力模型,对磁流体流动控制进行数值模拟研究。主要结论如下:在磁场约束下,电容耦合射频-直流组合放电能够在Ma=3.5流场中产生大体积均匀电流,电导率约0.015S/m;在焦耳热和洛伦兹力作用下,磁流体加速时静压升高了130Pa,减速时静压升高了200Pa;磁流体流动控制过程中,仅有不足10%的能量在磁流体通道内发生了作用;数值模拟结果显示,在试验条件下,加速时静压升高了128Pa,减速时静压升高了208Pa,与试验结果基本吻合。 展开更多
关键词 等离子体 磁流体流动控制 超声速 非平衡电离 电导率
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磁控热防护系统高温流场与电磁场耦合计算方法 被引量:9
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作者 李开 柳军 刘伟强 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第5期474-480,共7页
为了研究真实气体条件下霍尔效应对磁流体(MHD)控制热防护效果的影响,建立了热化学非平衡流场、外加磁场、霍尔电场的耦合计算方法。分析了耦合计算效率与电场更新间隔、电势残差收敛极限的关系。给出了采用非平衡霍尔系数模型时电场更... 为了研究真实气体条件下霍尔效应对磁流体(MHD)控制热防护效果的影响,建立了热化学非平衡流场、外加磁场、霍尔电场的耦合计算方法。分析了耦合计算效率与电场更新间隔、电势残差收敛极限的关系。给出了采用非平衡霍尔系数模型时电场更新间隔和电势收敛极限的较优取值。研究表明,当霍尔系数较小(β=1.0)时,电场更新间隔大于100流场计算时间步时耦合计算效率较高,且导电壁面和绝缘壁面结论一致。当霍尔系数较大时,耦合计算时间过长,可适当增加电场迭代间隔和电势收敛极限以提高耦合计算效率。 展开更多
关键词 磁流体控制 热防护 霍尔电场 耦合计算
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洛仑兹力控制高超声速进气道边界层分离的数值模拟 被引量:7
7
作者 苏纬仪 张新宇 张堃元 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第1期36-41,共6页
采用空间HLLE格式、时间LU-SGS推进、sst-kω湍流模型、多块结构网格程序,对磁流体动力学(Magnetohydrodynamic:MHD)控制高超声速二维进气道边界层分离进行了数值研究。研究发现,不施加控制时,数值模拟得到的壁面静压和实验结果符合良好... 采用空间HLLE格式、时间LU-SGS推进、sst-kω湍流模型、多块结构网格程序,对磁流体动力学(Magnetohydrodynamic:MHD)控制高超声速二维进气道边界层分离进行了数值研究。研究发现,不施加控制时,数值模拟得到的壁面静压和实验结果符合良好,进气道喉道处分离区占据喉道高度的1/3左右。通过施加MHD控制,消除了进气道内部的边界层分离,总压恢复系数从0.502提高到0.56,喉道处流场畸变系数减小了18.6%。 展开更多
关键词 高超声速进气道 mhd流动控制 激波-边界层相互作用 边界层分离 数值仿真
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高超声速飞行器磁控热防护系统建模分析 被引量:13
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作者 李开 刘伟强 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第6期216-224,共9页
针对高超声速飞行器防热,搭建了螺线管磁控热防护系统的物理模型.采用低磁雷诺数磁流体数学模型,分析了外加磁场强度及磁场形态对磁控热防护效果的影响.对比了三种磁场类型(磁偶极子、螺线管、均布磁场)下磁控热防护效果的差异,分析了... 针对高超声速飞行器防热,搭建了螺线管磁控热防护系统的物理模型.采用低磁雷诺数磁流体数学模型,分析了外加磁场强度及磁场形态对磁控热防护效果的影响.对比了三种磁场类型(磁偶极子、螺线管、均布磁场)下磁控热防护效果的差异,分析了螺线管几何参数对磁控热防护效果的影响.研究表明,磁场降低表面热流作用存在"饱和现象";三种磁场形态的磁控热防护能力从小到大依次为磁偶极子、螺线管、均布磁场;相同驻点磁感应强度条件下,增大螺线管半径有利于提高磁控热防护效果,缩短螺线管与驻点距离不利于驻点和肩部防热,螺线管长度对磁控热防护效果影响相对较小. 展开更多
关键词 磁流体控制 高超声速飞行器 热防护 螺线管磁铁
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双楔面诱导的斜爆轰波阵面的磁流体控制 被引量:3
9
作者 孙晓晖 陈志华 +1 位作者 薛大文 沙莎 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第4期735-741,共7页
基于高超声速飞行器爆轰推进发展需要,数值研究了由双楔面诱导的斜爆轰波类型及其磁流体(MHD)控制的可行性,探讨了后楔倾角变化对双楔斜爆轰流场与MHD控制的影响.结果表明:对于前、后楔倾角分别为15°与20°的双楔面诱导的斜爆... 基于高超声速飞行器爆轰推进发展需要,数值研究了由双楔面诱导的斜爆轰波类型及其磁流体(MHD)控制的可行性,探讨了后楔倾角变化对双楔斜爆轰流场与MHD控制的影响.结果表明:对于前、后楔倾角分别为15°与20°的双楔面诱导的斜爆轰,Lorentz力可以将不同来流马赫数条件下的稳定斜爆轰波阵面恢复到设计位置,并可以使不稳定斜爆轰波趋于稳定,但是,无法将不稳定斜爆轰波恢复到设计位置.而当后楔倾角稍微增加时,若爆轰流场稳定,同样可对斜爆轰波阵面进行有效控制.但当后楔倾角大于25°时,稳定斜爆轰波流场失稳,此时MHD无法控制流场稳定性.但若增加气体反应速率,虽然斜爆轰波不稳定,MHD控制却可使其趋于稳定,但无法将爆轰波阵面恢复到设计位置. 展开更多
关键词 斜爆轰波 斜激波 磁流体(mhd) 流体控制 推进
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表面磁流体气动激励控制楔面激波规律数值研究 被引量:1
10
作者 王宇天 张百灵 +3 位作者 李益文 段成铎 庄重 张磊 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第11期2456-2462,共7页
针对表面磁流体(MHD)气动激励对高超声速进气道在非设计状态下激波控制问题,从唯象学的角度出发,基于低磁雷诺数假设,将电磁作用简化为Navier-Stokes方程组中的源项处理,同时考虑到低气压、低磁场环境下电子回旋效应引起的Hall效应,并联... 针对表面磁流体(MHD)气动激励对高超声速进气道在非设计状态下激波控制问题,从唯象学的角度出发,基于低磁雷诺数假设,将电磁作用简化为Navier-Stokes方程组中的源项处理,同时考虑到低气压、低磁场环境下电子回旋效应引起的Hall效应,并联立Ohm定律,建立磁流体动力学模型,通过与实验纹影对比验证了模型的合理性,并利用该模型研究了表面MHD加/减速激励作用位置与宽度、磁场强度、电导率和能量转化率等参数对楔面激波的影响规律。结果表明:表面MHD气动激励包括焦耳热与洛伦兹力作用,当放电功率密度为3.8×10~9k W/m^3,磁场强度为0.34T时,MHD加/减速激励分别使激波位置前移6mm与10mm;而磁场强度较低时,由于焦耳热的主导作用,将会出现激波前后压力比增大,激波强度增加等负面效应;根据激励参数的影响规律,激励器电极应靠近尖端布置,增大磁场强度,并改善等离子体源以提高气体电导率,同时适当增大激励区域宽度。 展开更多
关键词 磁流体 激波 流动控制 表面放电 磁场
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等离子激励器对附面层的诱导作用(英文)
11
作者 李锋 郭瑞卿 +2 位作者 唐正府 尚守堂 程明 《吉首大学学报(自然科学版)》 CAS 2012年第6期47-51,共5页
对等离子体发生器诱导低速流动流体附面层的流畅场热性进行了数值模拟.研究了等离子体发生器激励强度、等离子体发生器尺寸、主流速度等对低速流动流体的附面层诱导作用.研究中的等离子体由射频发生器产生,结果表明,等离子体发生器对低... 对等离子体发生器诱导低速流动流体附面层的流畅场热性进行了数值模拟.研究了等离子体发生器激励强度、等离子体发生器尺寸、主流速度等对低速流动流体的附面层诱导作用.研究中的等离子体由射频发生器产生,结果表明,等离子体发生器对低速流动流体的附面层有较大影响.该研究成果可用于飞行器头部、机翼及发动机叶片的附面层及流动分离的控制,改善飞行器及发动机的流场特性. 展开更多
关键词 等离子体发生器 电流体 磁流体 流动控制
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高超声速磁流体流动控制数值模拟研究 被引量:5
12
作者 滕子昂 周志峰 +2 位作者 张智超 许珂 高振勋 《气动研究与试验》 2024年第1期86-99,共14页
飞行器以高超声速状态飞行时,高马赫数来流经过激波后,温度陡升,气体分子的内能模态在高温下会受到激发,发生离解、电离、中性交换等反应,形成具有一定导电率的弱电离等离子体。合理地布置磁场与电场,激波层内的导电流体与外加电磁场相... 飞行器以高超声速状态飞行时,高马赫数来流经过激波后,温度陡升,气体分子的内能模态在高温下会受到激发,发生离解、电离、中性交换等反应,形成具有一定导电率的弱电离等离子体。合理地布置磁场与电场,激波层内的导电流体与外加电磁场相互作用产生感应电流,进一步产生洛伦兹力与焦耳热,可以实现对于飞行器气动力热的影响,达到流动控制的目的。本文针对磁流体热防护、磁流体能量提取两种流动控制手段进行了数值模拟研究。首先研究了来流马赫数、飞行高度对于磁流体热防护效果的影响规律,得到了如下规律:磁流体热防护技术可以使飞行器驻点热流降低20%,在一定飞行高度下,来流马赫数需要使来流总温接近10000K才能使磁流体热防护效果明显;磁流体热防护效果随飞行高度增加而增强。随后针对磁流体能量提取装置进行了概念设计与参数影响研究,并且得到如下结论:在典型再入飞行状态(高度46km、速度7000m/s)下,本文给出的磁流体能量提取装置可以在外加强度为0.2T的磁场强度下,提供兆瓦级的电功率输出,并且装置提取的电能与能量提取装置的工作效率均随负载电压的增加呈现先增加后减小的趋势,表明对于给定的来流条件,存在最佳的负载电压,使得磁流体能量提取装置的功率与效率达到最大。本文研究结果可以为磁流体热防护技术与能量提取技术在高超声速飞行中的设计提供指导。 展开更多
关键词 磁流体力学 流动控制 数值模拟 热防护 能量提取
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