横向磁场下侧壁加热方腔熔化的数值模拟研究

孙思睿; 张杰; 倪明玖

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磁场下的固-液相变过程在电磁冶金和增材制造等工程应用中广泛存在,其中的熔化过程和流动机理尚未完全探究清楚.方腔熔化是研究固-液相变过程的基础模型,具有良好的普适性,研究磁场对其流动的影响可以为其他复杂相变过程提供参考.本文基于焓方法开展了固-液相变的数值模拟研究,得到了垂直主环流方向的横向磁场对侧壁加热方腔中流动、传热和熔化过程的影响.首先,对于无磁场时的方腔熔化问题,通过与已有的实验结果和数值结果进行对比,证实了文献中方腔宽度对固-液界面的形状及位置影响不能忽视的结论.随后,对小磁场情况下的三维工况进行了直接数值模拟,发现此时磁场效应主要表现为对混乱三维流动产生整流作用,使流动趋于二维化.但由于固-液界面的存在,主流区的速度在趋于一致的同时也会反作用于界面,其形状随磁场增强而逐渐转变为二维结构.最后,本文采用准二维模型分析了更强磁场时的情形,讨论了不同参数对传热效率及界面形状的影响,并发现了横向磁场作用下的垂直最大速度仍满足磁对流中的无量纲参数标度律关系.

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来源
《力学学报》 |2022年第9期|2377-2386|共10页
作者
孙思睿; 张杰; 倪明玖;
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作者单位

中国科学院大学工程科学学院;

西安交通大学航天学院;

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原文格式 PDF
正文语种 chi
中图分类磁流体力学;
关键词
固-液相变; 磁流体; 焓方法; 数值模拟;

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