文档介绍：中国工程热物理学会传热传质学
学术会议论文编号:123307
磁钝体阵列尾迹发展及强化传热的研究基金项目:国家自然科学基金资助项目(), 2010年度高等学校博士点专项基金资助项目(),江苏高校优势学科建设工程资助项目。
张喜东,黄浩, 黄护林
(南京航空航天大学高新技术研究院,南京,210016)
(Tel:02584896183,Email: ******@nuaa.)
摘要:三维数值研究了矩形通道中磁钝体阵列间距比S/My=2时,磁钝体阵列尾迹由稳定向不稳定的发展及尾迹对换热性能的影响。本文中雷诺数的取值为100,400,500,600,700和900,而磁约束因子κ=My/Ly是恒定不变的。计算结果表明,当Re=500时仅有#2和#3磁钝体尾迹中有较小尺度的涡脱落,而且涡的脱落不明显。当Re>500时,磁钝体阵列尾迹中均有明显的大尺度的涡脱落,且随着雷诺数的增大,磁钝体阵列尾迹之间的相互干扰也明显加剧。涡的脱落及相互干扰使得换热性能明显提升,换热增长率的最大值可达51%。而压降损失随雷诺数的增加并没有呈现出明显的变化。
关键词:磁钝体;矩形通道;尾迹;换热性能
1引言
不可压粘性导电流体在非均匀磁场作用下具有复杂的流动形态,这些流动特点有巨大的工业应用价值,如冶金过程(连续铸造,电磁搅拌),新型的聚变反应堆(ITER)等[1, 2]。不可压导电流体流经外加局部磁场时会产生诱导电流,这种诱导电流和磁场相互作用会形成阻碍流体流动的洛仑兹力。Cuevas等[3, 4]利用二维和准二维模型数值研究了低雷诺数时导电流体流经局部磁场的流动形态。他们的研究发现随着哈特曼数的增加导电流体流经局部磁场后的尾迹会由稳定转变为不稳定,而且与钝体绕流的尾迹极为相似,由此他们将这种类实体钝体的流动结构称为磁钝体(虚拟钝体)。Votyakov等[5, 6]通过数值求解三维磁流体动力学方程和实验相结合的方式,得到了较实体钝体更为丰富的流动形态,即稳定的六涡结构。Andreev等[7]采用实验手段证实了相互作用参数为流动的主要控制参数。然而以上研究均未考虑磁钝体间的相互作用及来流强度对磁钝体阵列尾迹发展的影响,对换热性能的作用机理更没有提及。因此,本文以三维矩形通道为模型,利用磁感应法研究相互作用参数和磁约束因子均为定值时来流强度对磁钝体阵列尾迹结构及换热性能的影响。
2 物理数学模型
物理模型图1为三维矩形通道中z=0的截面,其长和宽分别为Lx=80,Ly=50,模型在z向的高度为H=2。矩形通道中的导电流体为GaInSn。磁钝体阵列由分别放置在通道z向外形和尺寸相同的永磁体提供,其空间分布可以通过求解三个方程得到[5, 6]。外磁铁在流向和展向的尺寸分别为Mx=3和My=4,两磁极之间的间距为Ms=3。计算中相互作用参数
N=9,磁约束因子(k=My/Ly=)定义了磁场在展向的分布,磁钝体间距比S/My=2足以使得磁钝体间边缘磁场忽略。雷诺数Re和相互作用参数N中的特征长度L为矩形管道高度的一半。计算模型和磁场的中心均在点(0,0,0)处,流动方向为x正方向。物理模型的简化如下:(1)流体为不可压缩的牛顿型粘性流体;(2)流动是层流;(3)所有壁面均为电绝缘壁;(4)焦耳热忽略不计