梯度磁场下多孔介质方腔内空气热磁对流的数值模拟

【摘要】：强化或控制多孔介质内流体的对流换热广泛应用于工程实际中,外加磁场强化多孔介质内对流传热是当下炙手可热的研究课题,然而大部分研究者主要关注磁场作用下多孔介质内磁流体或导电流体的对流换热,对磁场作用下多孔介质内非导电流体的对流换热研究较少。本文对二维和三维多孔介质内空气热磁对流进行了数值模拟,得到以下结论：(1)载流线圈作用下多孔介质方腔内空气热磁对流数值模拟结论：在零重力环境下,线圈倾斜角为0。时,由于受到磁场浮升力的作用,腔内形成四个相互对称且都倾向前后绝热壁面漩涡。在线圈倾斜角为±90。时,形成四个向中心水平面倾斜的漩涡。Num数随线圈倾斜角yeuler与磁场力参数γRα和Dα数的变化关系都是关于yeuler=0°单调增大和减小。在重力环境下,腔内空气受到磁场浮升力和重力浮升力的共同作用,在线圈倾斜角为0。时,腔内上端形成两个较大同向漩涡；在腔内下端形成两个较小的逆向漩涡。在线圈倾斜角为±90。时,受磁场浮升力和重力浮升力的共同作用,在腔内下部形成一个较大的顺时针转动的漩涡。而在腔内水平中间面上形成一个较小顺时针漩涡。当γ≥100时,Num数随线圈倾斜角yeuler=0°单调增大和减小。Num数随线圈倾斜角yeuler和Dα数的变化呈现交替性增大和减小。(2)四极磁场作用下多孔介质方腔内空气热磁对流数值模拟结论：在零重力环境下,空气在腔内出现两个反向漩涡,随着γDα的不断增大,腔内漩涡流速越来越大,占据的空间越来越多,直至充斥整个方腔,从温度场看,最终形成一个靠近右侧壁面温度梯度稠密,靠近左侧壁面温度梯度稀疏的热羽流,这说明γRα可以强化零重力下的空气对流换热。在重力环境下,随着磁场力数的增加,空气首先在腔内形成一个顺时针方向转动的漩涡,然后出现分层流动,形成两个流动方向相反强度不同的漩涡,最终在方腔内形成两个基本对称流动方向相反的漩涡。温度场的变化与零重力环境下相似。
【关键词】：热磁对流 数值分析 磁场力 多孔介质 四极磁场 倾斜载流线圈
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TK124