【摘 要】
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本文在自适应网格下实现了强磁场作用下金属流体自由界面流的精确高效的数值模拟。在交错网格下应用全守恒格式保证计算的电流和电磁力分别满足电荷守恒定律和动量守恒定律;采
【出 处】
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中国科学院研究生院 中国科学院大学
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本文在自适应网格下实现了强磁场作用下金属流体自由界面流的精确高效的数值模拟。在交错网格下应用全守恒格式保证计算的电流和电磁力分别满足电荷守恒定律和动量守恒定律;采用自适应网格法以提高界面的捕捉能力和Hartmann层及侧层的分辨率;两步投影法离散变密度Navier-Stokes方程以保证流速满足无散度场约束条件;多重网格法求解压力和电势泊松方程以提高求解的效率;三维流体体积法(VOF)模拟多相流体的界面和复杂的固体边界;分段线性界面算法重构和输运界面;连续表面力模型计算表面张力;切割网格方法处理复杂壁面。
本文通过分析无重力静止液滴和液滴下降验证算法及平台对多相流界面的输运和重构;通过比较圆柱绕流的涡结构,检验算法及平台对复杂界面的处理;通过模拟Shercliff工况、Hunt工况的速度剖面验证算法及平台对电磁力的计算能力。磁场作用下液滴在导电流体中上升运动会产生洛伦兹力。洛伦兹力总是阻碍导电流体切割磁感线的运动。使得原来浮力与表面张力和黏性力的平衡被打破,增加了洛伦兹力的影响。使用已验证的算法及平台数值模拟磁场作用下轻质液滴在不可压缩导电液体中的动力学行为。描述了磁场作用下上升液滴的流场和电场分布以及形状变化。比较了不同方向磁场下氩气在镓铟锡中的路径,上升速度,振幅等物理量。深入分析了磁场的作用机理。际热核聚变实验堆的第一壁和偏滤器靶板在聚变等离子体的瞬态高热流冲击和强流粒子轰击下易开裂、熔融和烧蚀,这一带相变的多相流体流动发生在强磁场、超高温的极端环境下。液态偏离器是聚变技术研发的热点之一,其核心科学问题之一就是强磁场作用下的磁流体动力学效应。本文的工作为研究此多物理场耦合下的多相流体流动与传热机理打下基础。
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