磁場中導電流體自由表面流動的強化傳熱數(shù)值研究.pdf

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

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

3、看，對于凹坑板，存在著一個最佳的凹坑深度以獲得最佳換熱效果，即δ/D=0.375左右；而對于球凸板，綜合傳熱性能隨著球凸高度的增加而單調增大。此外，對高Ha數(shù)下磁流體流動，凹坑板與球凸板的強化傳熱效果有所減弱。
　　 其次，數(shù)值研究了利用非均勻電導率壁面強化磁流體自由表面流動換熱的效果。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)、非均勻電導率壁面幾何參數(shù)等的變化規(guī)律。采用非均勻電導率壁面能夠有效地減緩磁場對傳熱的抑制作用。在

4、本文研究范圍內，換熱增強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（導電條數(shù)目）對換熱效果影響較大，導電條數(shù)目為3和5時換熱效果較好。
　　 最后，數(shù)值研究了陣列自耦合射流對磁流體自由表面流動換熱的強化作用。分析總結了激發(fā)器的振幅、激勵頻率、磁場強度等特征量對流動與傳熱的影響。在本文研究的參數(shù)范圍內，換熱效果隨著磁場強度的增加而降低，隨著振幅和頻率