Формирование входного профиля течения для пассивного управления магнитогидродинамическим потоком жидкого металла в канале

Беляев И. А.; Черныш Д. Ю.; Лучинкин Н. А.; Краснов Д. С.; Колесников Ю. Б.; Листратов Я. И.

doi:10.31857/S0040364423030031

Формирование входного профиля течения для пассивного управления магнитогидродинамическим потоком жидкого металла в канале

Authors: Беляев И.¹^,2, Черныш Д.¹^,2, Лучинкин Н.¹^,2, Краснов Д.³, Колесников Ю.³, Листратов Я.²
Affiliations:
1. ОИВТ РАН
2. НИУ МЭИ
3. Технический университет Ильменау
Issue: Vol 61, No 3 (2023)
Pages: 452-464
Section: Articles
URL: https://journals.rcsi.science/0040-3644/article/view/232685
DOI: https://doi.org/10.31857/S0040364423030031
ID: 232685

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

В работе описана экспериментальная попытка повлиять на поток жидкого металла с помощью сравнительно небольшого возмущения на входе в длинный канал. Цель состоит в том, чтобы сформировать устойчивую в условиях сильных магнитных полей и высоких тепловых нагрузок структуру потока, увеличить теплоотдачу и добиться более предсказуемых параметров течения. Показано, что препятствие на входе в виде стержня, расположенного поперек потока и продольно к наложенному магнитному полю, может привести к образованию возмущений в виде упорядоченных вихрей, которые существуют вдоль потока на длинах, достигающих нескольких десятков калибров канала. Эксперименты подтверждают, что генерируемые таким образом вихри существенно изменяют структуру изотермического МГД-потока. В случае смешанной конвекции такие вихри подавляют развитие крупномасштабных термогравитационных пульсаций потока и улучшают теплообмен при определенных режимах течения.

References

Krasnov D., Zikanov O., Schumacher J., Boeck T. Magnetohydrodynamic Turbulence in a Channel with Spanwise Magnetic Field // Phys. Fluids. 2008. V. 20. № 9. 095105.
Zikanov O., Belyaev I., Listratov Y., Frick P., Razuvanov N., Sviridov V. Mixed Convection in Pipe and Duct Flows With Strong Magnetic Fields // Appl. Mech. Rev. 2021. V. 73. № 1. 010801.
Belyaev I., Krasnov D., Kolesnikov Y., Biryukov D., Chernysh D., Zikanov O., Listratov Y. Effects of Symmetry on Magnetohydrodynamic Mixed Convection Flow in a Vertical Duct // Phys. Fluids. 2020. V. 32. № 9. 094106.
Gad-el Hak M. Flow Control: Passive, Active, and Reactive Flow Management. Cambridge: University Press, 2007.
Andreev O., Kolesnikov Y. Experimental Flow Around a Conducting Cylinder in an Axial Homogeneous Magnetic Field // Magnetohydrodynamics. 2007. V. 34. P. 286.
Mück B., Günther C., Müller U., Bühler L. Three-dimensional MHD Flows in Rectangular Ducts with Internal Obstacles // J. Fluid Mech. 2000. V. 418. P. 265.
Hussam W.K., Thompson M.C., Sheard G.J. Dynamics and Heat Transfer in a Quasi-two-dimensional MHD Flow Past a Circular Cylinder in a Duct at High Hartmann Number // Int. J. Heat Mass Transfer. 2011. V. 54. № 5–6. P. 1091.
Hussam W.K., Sheard G.J. Heat Transfer in a High Hartmann Number MHD Duct Flow with a Circular Cylinder Placed near the Heated Side-wall // Int. J. Heat Mass Transfer. 2013. V. 67. P. 944.
Hamid A.H., Hussam W.K., Pothérat A., Sheard G.J. Spatial Evolution of a Quasi-two-dimensional Kármán Vortex Street Subjected to a Strong Uniform Magnetic Field // Phys. Fluids. 2015. V. 27. № 5. 053602.
Farahi Shahri M., Hossein Nezhad A. Quasi-two-dimensional Case Studies of MHD Flow and Heat Transfer Behind a Square Cylinder in a Duct // Int. J. Appl. Electromagnetics Mechanics. 2015. V. 49. № 1. P. 123.
Cassells O.G., Hussam W.K., Sheard G.J. Heat Transfer Enhancement Using Rectangular Vortex Promoters in Confined Quasi-two-dimensional Magnetohydrodynamic Flows // Int. J. Heat Mass Transfer. 2016. V. 93. P. 186.
Hussam W.K., Hamid A.H., Ng Z.Y., Sheard G.J. Effect of Vortex Promoter Shape on Heat Transfer in MHD Duct Flow with Axial Magnetic Field // Int. J. Thermal Sci. 2018. V. 134. P. 453.
Kirillov I., Obukhov D., Genin L., Sviridov V., Razuvanov N., Batenin V., Belyaev I., Poddubnyi I., Pyatnitskaya N.Y. Buoyancy Effects in Vertical Rectangular Duct with Coplanar Magnetic Field and Single Sided Heat Load // Fusion Engineering and Design. 2016. V. 104. P. 1.
Chernysh D.Y., Krasnov D., Kolesnikov Y.B., Belyaev I. Swirling to Improve Heat Transfer in the MHD Flow of Liquid Metal in a Duct // J. Phys.: Conf. Ser. 2021. V. 2088. 012007.
Беляев И.А., Свиридов В.Г., Батенин В.М., Бирюков Д.А., Никитина И.С., Манчха С.П., Пятницкая Н.Ю., Разуванов Н.Г., Свиридов Е.В. Экспериментальный стенд для исследований теплообмена перспективных теплоносителей ядерной энергетики // Теплоэнергетика. 2017. Т. 64. № 11. С. 66.
Bobkov V., Fokin L., Petrov E., Popov V., Rumiantsev V., Savvatimsky A. Thermophysical Properties of Materials for Nuclear Engineering: A Tutorial and Collection of Data. Vienna: IAEA, 2008.
Теплофизические свойства материалов ядерной техники / Под ред. П.Л. Кириллова. 2-е изд., испр. и доп. М.: ИздАТ, 2007. 194 с.
Razuvanov N., Frick P., Belyaev I., Sviridov V. Experimental Study of Liquid Metal Heat Transfer in a Vertical Duct Affected by Coplanar Magnetic Field: Downward Flow // Int. J. Heat Mass Transfer. 2019. V. 143. P. 118529.
Jiménez J. Transition to Turbulence in Two-dimensional Poiseuille Flow // J. Fluid Mech. 1990. V. 218. P. 265.
Votsish A., Kolesnikov Y. Anomalous Transfer of Energy in a Shear MHD Flow with Two-dimensional Turbulence // Magnitnaia Gidrodinamika. 1976. V. 12. № 4. P. 47.
Roshko A. On the Development of Turbulent Wakes from Vortex Streets. Report 1191. California: Caltech, 1952. 25 p.
Kolesnikov Y., Tsinober A. Two-dimensional Turbulent Flow Behind a Circular Cylinder // Magnetohydrodynamics. 1972. V. 8. № 3. P. 300.
Генин Л.Г., Свиридов В.Г. Гидродинамика и теплообмен МГД-течений в каналах. М.: Изд-во “МЭИ”, 2001. 199 с.
Smolentsev S. Physical Background, Computations, and Practical Issues of the Magnetohydrodynamic Pressure Drop in a Fusion Liquid Metal Blanket // Fluids. 2021. V. 6. № 3. P. 110.