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山东大学学报 (工学版) ›› 2019, Vol. 49 ›› Issue (1): 101-106.doi: 10.6040/j.issn.1672-3961.0.2018.417

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新型液态金属磁流体发电动力学特性数值模拟

张宇磊(),王勇*(),谢玉东,孙光,王艳芸,韩家桢   

  1. 山东大学机械工程学院, 山东 济南 250061
  • 收稿日期:2018-09-25 出版日期:2019-02-01 发布日期:2019-03-01
  • 通讯作者: 王勇 E-mail:1184746557@qq.com;meywang@sdu.edu.cn
  • 作者简介:张宇磊(1992—)，男，江苏淮安人，硕士研究生，主要研究方向为液态金属磁流体发电技术.E-mail: 1184746557@qq.com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金资助项目(51875316)

Numerical simulation on kinetics characteristics of liquid metal MHD generator

Yulei ZHANG(),Yong WANG*(),Yudong XIE,Guang SUN,Yanyun WANG,Jiazhen HAN   

  1. School of Mechanical Engineering, Shandong University, Jinan 250061, Shandong, China
  • Received:2018-09-25 Online:2019-02-01 Published:2019-03-01
  • Contact: Yong WANG E-mail:1184746557@qq.com;meywang@sdu.edu.cn
  • Supported by:
    国家自然科学基金资助项目(51875316)

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摘要：

为获得新型液态金属磁流体发电机的流动规律,对空载发电通道动力学特性进行三维数值模拟研究。采用基于Fluent软件的感应磁场法和修正的K-ε湍流模型保证计算精度;对比分析近壁面和中心层的速度及电磁力分布;定义速度波动程度,选取不同物理参数,对发电有效段下游的速度剖面及其波动程度量化分析。结果表明,发电有效段下游速度波动程度最大,速度剖面及其波动程度受发电通道参数的影响明显。当通道宽度相同时,相互作用参数决定速度剖面波动程度,相互作用参数与速度波动程度成正比;随着宽度增大,相互作用参数对速度波动程度影响下降。

关键词: 液态金属磁流体, 动力学特性, 数值模拟, 速度波动, 相互作用参数

Abstract:

In order to get the flowing law in a liquid metal magnetohydrodynamics(MHD) generator channel, three-dimensional numerical studies on kinetics characteristics of open circuit generators were carried out. A magnetic induction method and a modified K-ε turbulence model based on Fluent were adopted to ensure the calculation precision. A comparative analysis of the velocity and force distribution of near-wall and core was made. The velocity fluctuation was defined and different physical parameters were chosen. The velocity profiles and fluctuations downstream of the effective section were analyzed quantitatively. The results showed that, the velocity fluctuations reached maximum at downstream of the effective section and channel parameters had a significant impact on velocity profiles. The channel width being kept constant, the interaction parameter determined the velocity fluctuation and the velocity fluctuation was proportional to the interaction parameter. As channel width increased, the impact of interaction parameters on velocity fluctuations declined.

Key words: liquid metal magnetohydrodynamics, kinetics characteristic, numerical simulation, velocity fluctuation, interaction parameter

中图分类号: 

  • TH113.2

图1

LMMHD发电通道物理模型"

表1

镓铟锡合金属性"

材料 ρ/(kg·m-3) μ/(Pa·s) σ/(S·m-1)
镓铟锡合金 6.44×103 0.24×10-2 2.24×106

图2

Kobayashi算例速度剖面"

图3

近壁面与中心层速度分布图"

图4

近壁面与中心层洛伦兹力分布图"

图5

速度分布三维图"

图6

不同磁场时速度分布剖面图"

图7

波动程度与入口速度的关系"

图8

波动程度与通道宽度的关系"

表2

相互作用参数相同时主要计算数据"

序号 U/
(m·s-1)		 B0/T vmax/
(m·s-1)		 vmin/
(m·s-1)		 k
1 0.16 0.4 0.31 0.07 3.126
2 0.25 0.5 0.48 0.12 3.146
3 0.36 0.6 0.70 0.17 3.159
4 0.64 0.8 1.25 0.30 3.170
5 1.00 1.0 1.96 0.47 3.173

表3

波动程度与相互作用参数的相关系数表"

通道宽度L/m 皮尔森相关系数r
0.05 0.999
0.10 0.993
0.20 0.990
0.50 0.981

图9

不同通道宽度下波动程度与相互作用参数的关系图"

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