Динамика затопленного струйного течения в трубе в продольном магнитном поле

Авторы

  • Ярослав Игоревич Листратов Национальный исследовательский университет «МЭИ»; Объединенный Институт высоких температур РАН
  • Никита Георгиевич Разуванов Национальный исследовательский университет «МЭИ»; Объединенный Институт высоких температур РАН
  • Иван Александрович Беляев Национальный исследовательский университет «МЭИ»; Объединенный Институт высоких температур РАН
  • Евгений Валентинович Свиридов Национальный исследовательский университет «МЭИ»; Объединенный Институт высоких температур РАН

DOI:

https://doi.org/10.7242/1999-6691/2022.15.4.37

Ключевые слова:

круглая струя, жидкий металл, течение, продольное магнитное поле, прямое численное моделирование

Аннотация

Рассмотрено затопленное струйное течение электропроводной жидкости в продольном однородном магнитном поле. Течение формируется при внезапном расширении потока из отверстия в трубу (при соотношении диаметров 1:5), заполненную той же жидкостью при постоянном расходе. Исследование выполнено с использованием метода прямого численного моделирования. Результаты моделирования сравниваются с усредненными данными измерений продольной скорости в экспериментах на ртути.  Диапазон чисел Рейнольдса охватывает турбулентное течение в струе на входе и ламинарное течение на выходе трубы. В умеренном магнитном поле с ростом числа Гартмана в потоке наблюдается подавление турбулентного переноса. Течение в значительной степени ламинаризуется вплоть до фронта струи, где из-за неустойчивости переходит к турбулентному виду. Эффективная длина струи растет при увеличении числа Гартмана, поскольку возникающая электромагнитная сила препятствует расширению струи. В сильных магнитных полях прослеживается тенденция к неустойчивости течения вследствие взаимодействия образующихся вторичных течений с магнитным полем. Присутствующие при этом в потоке радиальные компоненты индуцированного электрического тока вызывают поперечные растяжения и сжатия профиля струи электромагнитной силой. Переменные во времени деформации профиля струи и их пространственная неоднородность в магнитном поле приводят к появлению упорядоченной закрутки потока. Скорость закрутки зависит от числа Гартмана и при выбранных значениях числа Рейнольдса не превышает 12% от средней скорости потока на выходе. Развитие неустойчивости сопровождается чередованием во времени интервалов, в которых поток имеет существенно различающиеся амплитуды флуктуаций скорости.

Скачивания

Данные по скачиваниям пока не доступны.
Поддерживающие организации
Исследования выполнены при финансовой поддержке РНФ (проект № 20-69-46067).

Библиографические ссылки

Hussein H.J., Capp S.P., George W.K. Velocity measurements in a high-Reynolds-number, momentum-conserving, axisymmetric, turbulent jet // J. Fluid Mech. 1994. Vol. 258. P. 31-75. https://doi.org/10.1017/S002211209400323X

George W.K. The self-preservation of turbulent flows and its relation to initial conditions and coherent structures // Advances in turbulence / Ed. W.K. George, R. Arndt. Springer, 1989. P. 39-74.

Boersma B.J., Brethouwer G., Nieuwstadt F.T.M. A numerical investigation on the effect of the inflow conditions on the self-similar region of a round jet // Phys. Fluids. 1998. Vol. 10. P. 899-909. https://doi.org/10.1063/1.869626

Babu P.C., Mahesh K. Upstream entrainment in numerical simulations of spatially evolving round jets // Phys. Fluids. 2004. Vol. 16. P. 3699-3705. https://doi.org/10.1063/1.1780548

Wygnanski I., Fiedler H. Some measurements in the self-preserving jet // J. Fluid Mech. 1969. Vol. 38. P. 577-612. https://doi.org/10.1017/S0022112069000358

Davidson P.A. Magnetic damping of jets and vortices // J. Fluid Mech. 1995. Vol. 299. P. 153-186. https://doi.org/10.1017/S0022112095003466

Kharicha A., Vakhrushev A., Karimi-Sibaki E., Wu M., Ludwig A. Reverse flows and flattening of a submerged jet under the action of a transverse magnetic field // Phys. Rev. Fluids. 2021. Vol. 6. 123701. https://doi.org/10.1103/PhysRevFluids.6.123701

Sajben M., Fay J.A. Measurement of the growth of a turbulent mercury jet in a coaxial magnetic field // J. Fluid Mech. 1967. Vol. 27. P. 81-96. https://doi.org/10.1017/S0022112067000060

Иевлев В.М., Левин В.Б. Ламинаризация затопленной струи электропроводной жидкости продольным магнитным полем // Изв. АН СССР. МЖГ. 1989. № 6. С. 35-40. (English version https://doi.org/10.1007/BF01050015)

Kolesnikov Yu., Krasnov D., Boeck T. Evolution of a round jet in a duct in the presence of a uniform axial magnetic field // Magnetohydrodynamics. 2017. Vol. 53. P. 119-128. http://dx.doi.org/10.22364/mhd.53.1.13

Krasnov D., Kolesnikov Y., Boeck T. Numerical simulation of electrically conducting jet flow in a straight duct under longitudinal homogeneous magnetic field // Phys. Fluids. 2019. Vol. 31. 014108. https://doi.org/10.1063/1.5062617

Belyaev I.A., Sviridov V.G., Batenin V.M., Biryukov D.A., Nikitina I.S., Manchkha S.P., Pyatnitskaya N.Y., Razuvanov N.G., Sviridov E.V. Test facility for investigation of heat transfer of promising coolants for the nuclear power industry // Therm. Eng. 2017. Vol. 64. P. 841-848. https://doi.org/10.1134/S0040601517110027

Belyaev I.A., Razuvanov N.G., Sviridov V.G., Zagorsky V.S. Temperature correlation velocimetry technique in liquid metals // Flow Meas. Instrum. 2017. Vol. 55. P. 37-43. https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2017.05.004

Krasnov D., Zikanov O., Boeck T. Numerical study of magnetohydrodynamic duct flow at high Reynolds and Hartmann numbers // J. Fluid Mech. 2012. Vol. 704. P. 421-446. https://doi.org/10.1017/jfm.2012.256

Panchapakesan N.R., Lumley J.L. Turbulence measurements in axisymmetric jets of air and helium. Part 1. Air jet // J. Fluid Mech. 1993. Vol. 246. P. 197-223. https://doi.org/10.1017/S0022112093000096

Davidson P.A. Introduction to magnetohydrodynamics. Cambridge University Press, 2016. 573 p. https://doi.org/10.1017/9781316672853

Загрузки

Опубликован

2023-01-12

Выпуск

Раздел

Статьи

Как цитировать

Листратов, Я. И., Разуванов, Н. Г., Беляев, И. . А., & Свиридов, Е. В. (2023). Динамика затопленного струйного течения в трубе в продольном магнитном поле. Вычислительная механика сплошных сред, 15(4), 480-494. https://doi.org/10.7242/1999-6691/2022.15.4.37