磁場(chǎng)中導(dǎo)電流體自由表面流動(dòng)的強(qiáng)化傳熱數(shù)值研究.pdf

1、導(dǎo)電流體通過外加磁場(chǎng)時(shí)將產(chǎn)生誘導(dǎo)電流，此誘導(dǎo)電流與磁場(chǎng)相互作用在流體區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)影響流動(dòng)的洛侖茲體積力。洛侖茲力能夠改變流體的速度分布，抑制湍流脈動(dòng)，從而降低了對(duì)流換熱系數(shù)。在一些工程應(yīng)用中，要求作為冷卻劑的導(dǎo)電流體在實(shí)現(xiàn)較高的熱量傳遞的同時(shí)還要盡量降低流阻損失，因此在采用強(qiáng)化措施改善換熱的同時(shí)應(yīng)保證流動(dòng)阻力盡可能的小。鑒于誘導(dǎo)渦流發(fā)生的凹坑（球凸）板、非均勻電導(dǎo)率壁面以及自耦合射流等是新型高效的強(qiáng)化傳熱手段，具有傳熱強(qiáng)度大，流動(dòng)阻力

2、小，綜合傳熱性能高的特點(diǎn)，因此，本文對(duì)它們強(qiáng)化導(dǎo)電流體自由表面流動(dòng)的傳熱性能進(jìn)行了數(shù)值模擬。
　　 首先，數(shù)值研究了凹坑板與球凸板強(qiáng)化磁流體自由表面流動(dòng)的傳熱。分析討論了流動(dòng)特征、傳熱特征、壁面摩擦損失的變化規(guī)律。總結(jié)了凹坑與球凸幾何尺寸、雷諾數(shù)、哈特曼數(shù)等參數(shù)對(duì)流動(dòng)與傳熱的影響。采用凹坑板與球凸板能夠有效地強(qiáng)化磁流體自由表面流動(dòng)的傳熱，且在獲得換熱增強(qiáng)的同時(shí)阻力損失并不明顯，其強(qiáng)化傳熱規(guī)律與普通流體的相似。從綜合傳熱性能方面來

3、看，對(duì)于凹坑板，存在著一個(gè)最佳的凹坑深度以獲得最佳換熱效果，即δ/D=0.375左右；而對(duì)于球凸板，綜合傳熱性能隨著球凸高度的增加而單調(diào)增大。此外，對(duì)高Ha數(shù)下磁流體流動(dòng)，凹坑板與球凸板的強(qiáng)化傳熱效果有所減弱。
　　 其次，數(shù)值研究了利用非均勻電導(dǎo)率壁面強(qiáng)化磁流體自由表面流動(dòng)換熱的效果。得出了努塞爾數(shù)、壁面摩擦系數(shù)隨雷諾數(shù)、哈特曼數(shù)、非均勻電導(dǎo)率壁面幾何參數(shù)等的變化規(guī)律。采用非均勻電導(dǎo)率壁面能夠有效地減緩磁場(chǎng)對(duì)傳熱的抑制作用。在

4、本文研究范圍內(nèi)，換熱增強(qiáng)1.35-1.78倍，而壁面摩擦系數(shù)僅為絕緣壁面的0.63-0.95倍，壓力損失為絕緣壁面的1.08-1.7倍。模型幾何尺寸（導(dǎo)電條數(shù)目）對(duì)換熱效果影響較大，導(dǎo)電條數(shù)目為3和5時(shí)換熱效果較好。
　　 最后，數(shù)值研究了陣列自耦合射流對(duì)磁流體自由表面流動(dòng)換熱的強(qiáng)化作用。分析總結(jié)了激發(fā)器的振幅、激勵(lì)頻率、磁場(chǎng)強(qiáng)度等特征量對(duì)流動(dòng)與傳熱的影響。在本文研究的參數(shù)范圍內(nèi)，換熱效果隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加而降低，隨著振幅和頻率