磁流体管道湍流的数值模拟研究对冶金中钢的连铸以及热核聚变反应堆液态金属包层的应用具有重要的意义。在连续铸造钢铁的过程中,人们通过对模子里的钢水施加不同的磁场强度来控制液态金属铁的流动以达到减少铸造瑕疵的目的。在热核聚变反应堆包层内流动的液态金属锂铅在磁场的作用下会产生磁流体动力学效应(MagnetoHydroDynamic,MHD),进而改变管内的流场,对反应堆中液态包层的传热造成很大的影响。因此,磁流体湍流的研究对液态金属包层概念的发展取着很重要的作用。湍流是自然界中存在的一种最普遍的复杂流动,工程流体问题也绝大多数都是湍流流动问题。随着国内外近年来对液态金属MHD效应的实验研究和数值模拟研究的发展,人们也逐渐将研究的重点由层流流动转向自然界和工程中更加普遍的湍流模型和流动机理上。然而,目前人们对于湍流机理的研究认识以及MHD湍流的数值模拟方法仍处于探索阶段。直接数值模拟(Direct numerical simulation,DNS)不需要对湍流建立模型,而对于流动的控制方程直接采用数值计算求解,可对流动区域内所有尺度的涡进行模拟计算,从理论研究角度来讲是一种理想的数值计算方法,因为DNS可以获得流场的全部信息,也能够获得实时的流动演化过程。因此,本文将采用直接数值模拟方法对磁流体湍流进行数值模拟研究。首先基于开源的CFD软件OpenFOAM开发出基于低磁雷诺数的磁流体湍流直接数值模拟的求解器,并从有磁场与无磁场两方面对求解器的准确性进行了验证。接着,用验证过的求解器对2π×1×1的方管中普通流体和不同参数下的磁流体湍流进行了并行数值模拟研究,给出了截面瞬时速度、平均速度的分布,并在Yplus=10处捕捉到了流向速度的高低速条带;给出了截面对称中心线上的扰动速度的均方根值、湍动能的分布;分析了磁场对截面涡量的影响;对比了磁流体湍流和层流的截面电流流线图。计算结果表明,外加磁场对磁流体湍流的扰动具有显著的抑制作用,且这种抑制作用随着磁场强度的加强而更加明显,直至湍流演变成层流,同时这种抑制作用还具有显著的各向异性。