法向磁场作用下导电流体的流动稳定性

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流动稳定性一直是流体力学研究中的热点和难题,当流体导电且在磁场中流动时,其流动特性会发生改变,进而使流动稳定性更难以预测,这一问题被称为磁流体力学稳定性问题,近些年来受到大量学者的关注和研究。本文采用非正则模态稳定性分析方法,分别对法向磁场作用下导电流体在两无限大完全导电平行平板和完全导电方形管道内的流动稳定性进行了研究,通过建立并求解扰动变量的原始和伴随控制方程组,获得了初级扰动的增长特征及其空间分布,分析了磁场对流场稳定性的影响。对导电流体在完全导电平行平板内的流动稳定性进行了分析,结果表明,哈特曼数Ha较大时(Ha>8),上、下两个哈特曼边界层基本上各自独立,不会相互作用;哈特曼数Ha较小时(Ha<8),上、下两个哈特曼边界层距离较近,存在着一定的相互作用,并影响着整个流场的稳定性。通过对比平行平板导电和绝缘情形下初级扰动的增长特征及其空间分布形式,探究了壁面导电率对导电流体流动稳定性的影响,结果表明,平板导电和平板绝缘时,最优初级扰动在初始时刻的空间分布类似,均为沿流向的漩涡;平板导电条件下,磁场对扰动的抑制效果更明显。对导电流体在完全导电方形管道内的流动稳定性进行了研究,结果发现,随磁场强度增加,射流速度增大,侧边界层厚度变薄;Ha较小时,四种不同对称模态的最优流向波数αopt相等,而Gmax不同;Ha较大时,四种模态的Gmax相等,相应的αopt相等;当Ha为某一中间值(Ha=30),扰动类型为模态I时,某些扰动(α=2.52.8)呈指数增长,但增长速率很慢,可能导致流场失稳。
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