申请/专利权人：杭州电子科技大学

申请日：2021-06-10

公开（公告）日：2024-03-12

公开（公告）号：CN113378492B

主分类号：G06F30/28

分类号：G06F30/28;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.12#授权;2021.09.28#实质审查的生效;2021.09.10#公开

摘要：本发明属于磁流体湍流数值模拟研究领域，公开了一种基于电磁修正的低磁雷诺数磁流体湍流数值计算方法，包括如下步骤：1：推导基于SST模型的电磁耗散项；2：对SST模型进行电磁修正；3：编写基于OpenFOAM的数值计算程序；4：根据步骤3中基于OpenFOAM的数值计算程序对管道模型中的液态金属磁流体湍流进行数值计算，对计算结果进行分析进而为核聚变液态金属包层的设计提供参考。本发明对现有的SST模型进行了电磁修正，克服了传统的SST湍流不能计算用来计算磁流体湍流流动的固有缺陷，生成了一种新的磁流体湍流模型，计算结果可靠，能较准确地反应管道中磁流体湍流的流动，提高了磁流体湍流模型数值计算的精度。

主权项：1.一种基于电磁修正的低磁雷诺数磁流体湍流数值计算方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：针对在磁场中流动的液态金属受到电磁力的影响，对SST湍流模型中所需的电磁耗散项进行推导，得到了新的电磁耗散项，即推导基于SST湍流模型的电磁耗散项；在Ji模型所提出的电磁耗散项中，其湍动能衰减率的数学表达形式为：e-N，N为相互作用参数，该湍动能衰减率的表达式来自于对在横向磁场中运动的流体的分析，流体动量的时间变化率与施加的横向磁场成比例，其关系式为： 其中表示速度梯度，通过运算上述关系式得到由于横向磁场的阻尼影响而引起流体减速的解为： 其中u0为初始速度，tm为哈特曼阻尼时间尺度，tt为湍流涡旋时间尺度，即为速度衰减率；不同的模型中哈特曼阻尼时间尺度与湍流涡旋时间尺度的比值即湍流阻尼时间尺度: 在Ji模型中，哈特曼阻尼时间尺度湍流涡旋时间尺度在大型含能涡旋中湍流涡旋时间尺度又表示为其中B为与壁面方向垂直的外加磁场，ρ为磁流体密度，k为湍流脉动动能，定义为u’、v’、w’表示x、y、z三个方向的速度，ε为湍动能的耗散率，σ表示磁流体的电导率,L为涡的长度尺度，为涡的特征速度；湍流阻尼时间尺度 因此Ji模型的电磁耗散项的最终形式为： 其中为经验系数；Kenjeres模型是使用当地时间尺度替换Ji模型中的相互作用参数，并省略其中一个经验系数，使得经验系数变为一个，其具体的电磁耗散项如下： 其中为经验系数；通过ε与ω如下的关系式:ε＝Cμkω其中经验系数Cμ＝0.09，ω为比耗散率，将上式代入Kenjeres模型的电磁耗散项中得到如下适用于SST湍流模型中的电磁耗散项： 其中C4＝20为经验系数；步骤2：对SST湍流模型进行电磁修正；将SST湍流模型作为新的磁流体湍流模型的改进基础，对SST湍流模型的改进方法是在SST湍流模型里引入步骤1所推导出的电磁耗散项，其表达式为：κ方程： ω方程： 其中,和是增加的电磁耗散项；Ui代表各个方向的速度，xi代表各个方向，i＝0代表x方向，i＝1代表y方向，i＝2代表z方向；C1＝0.025；σk＝0.85、σω＝0.5，β1＝340,β2＝0.0828,σk2＝1，σω2＝0.85；ω为比耗散率，是单位时间与单位体积的湍动能转化成为内部热能的速率，定义为μeff，κ＝μ+utσk,μeff，ω＝μ+utσω,表示湍动能生成项，定义为其中Prt是湍流普朗特数，F1是一个开关函数，定义为 当F1＝0时，原模型变为k-ε模型；当F1＝1时，原模型为k-ω模型，其中y表示距离最近壁面的距离，σω2＝0.856；vt表示湍流粘性系数，定义为其中S是应变率，F2是另一个开关函数，定义为其中β*＝0.09；其他经验参数通过α＝α1F1+α21-F1计算，其中α1＝59、α2＝0.44；低磁雷诺数磁流体湍流模型即在SST湍流模型的k方程和ω方程中引入电磁耗散项，从而实现对SST湍流模型的电磁修正，修正后的模型命名为SSTMHD；步骤3：编写基于OpenFOAM的数值计算程序；步骤4：根据步骤3中基于OpenFOAM的数值计算程序对管道模型中的液态金属磁流体湍流进行数值计算，对计算结果进行分析进而为核聚变液态金属包层的设计提供参考。

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百度查询： 杭州电子科技大学 一种基于电磁修正的低磁雷诺数磁流体湍流数值计算方法

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