矩形管道中液态金属MHD流动数值模拟

摘要

基于磁感应方程和动量守恒方程发展了矩形管道MHD流动的数值模拟程序。该程序采用非均匀网格,用有限体积法对控制方程进行离散,然后采用ADI算法求解控制方程。本文利用该程序对横向均匀强磁场作用下矩形管道中液态金属的MHD流动进行了数值模拟研究,并与已有的解析解进行比较,以完成程序的校正工作。首先对无外加磁场情况下矩形管道中液态金属的流动进行数值模拟,结果表明无外加磁场时管道中流体的流速为抛物线型的分布,这和普通的水力学理论是吻合的。其次对横向均匀强磁场作用下管道壁完全绝缘的矩形管道MHD流动进行了数值模拟,给出了管道截面内流速分布和感应电流分布,结果表明数值模拟结果与解析解结果完全吻合。然后对哈德曼壁导电、侧壁电绝缘的矩形管道中MHD流动进行了数值模拟(HuntcaseⅡ),给出了管道截面内流速分布和感应电流分布,并与Hunt的解析解进行了比较,结果表明数值结果和解析解结果非常吻合。最后利用该程序模拟了具有全导电薄壁的矩形管道中液态金属的MHD流动,给出了其流速分布、MHD压降等结果,并与我们的实验结果进行了比较,结果表明数值结果与实验结果是一致的。