Беляев И.А.1,2, Сардов П.А.1,2, Листратов Я.И.2
Работа посвящена исследованию особенностей смешанной
конвекции жидкого металла в вертикальной трубе. В неизотермическом потоке
жидкого металла, под влиянием магнитного поля, значителен вклад
термогравитационной конвекции. При определенных условиях и конфигурациях
МГД-теплообмена, термогравитационная конвекция может вызвать низкочастотные
температурные пульсации аномальной амплитуды. Исследование проводилось в
конфигурации – опускное течение жидкого металла под действием поперечного
магнитного поля и неоднородного обогрева. Полученные данные включают в себя
усредненные по времени температурные поля, распределения локальных температур
стенки и статистических характеристик пульсаций температуры в потоке.
Предполагаемые МГД-конфигурации, близкие к условиям гибридных и термоядерных
реакторов типа ТОКАМАК, изучались с использованием ртути в качестве модельного
теплоносителя. В работе приводятся обнаруженные границы полного подавления (при
числах Гартмана более 800) низкочастотных пульсаций температуры в условиях
неоднородного обогрева и сильного магнитного поля. Обсуждаются возможные
зависимости безразмерных комплексов и области существования нестационарных
эффектов теплообмена. Режимы с низкочастотными пульсациями температуры были
сопоставлены с предыдущими результатами и качественно совпадают с данными
полученными с помощью численного моделирования.
1. Zikanov O., Krasnov D., Boeck T., Thess A., Rossi M. Laminar-turbulent transition in magnetohydrodynamic duct, pipe, and channel flows. Applied Mechanics Reviews, 2014, 66(3), 030802. DOI:
https://doi.org/10.1115/1.4027198.
2.
Mel’nikov I.A., Razuvanov N.G., Sviridov V.G., Sviridov E.V., Shestakov A.A. An investigation of heat exchange of liquid metal during flow in a vertical tube with non-uniform heating in the transverse magnetic field. Thermal Engineering, 2013, vol. 60, pp. 355–362. DOI: 10.1134/S004060151305008X.
3. Melnikov I., Sviridov E., Sviridov V., Razuvanov N. Experimental investigation of MHD heat transfer in a vertical round tube affected by transverse magnetic field. Fusion Engineering and Design,
2016, vol. 112, pp. 505–512.
4. Zikanov O., Listratov Y. Numerical investigation of MHD heat transfer in a vertical round tube affected by transverse magnetic field. Fusion Engineering and Design, 2016, vol. 113, pp. 151–161.
5.
Kirillov I., Obukhov D., Sviridov V., Razuvanov N.,
Belyaev I., Poddubnyi I., Kostichev P. Buoyancy effects in vertical rectangular
duct with coplanar magnetic field and single sided heat load – downward and
upward flow. Fusion Engineering and Design, 2018, vol. 127, pp. 226–233.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2018.01.006. Доступно на: http://www.sciencedirect.com/
science/article/pii/S0920379618300085 (дата обращения 24.01.2022).
6.
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. International Journal of Heat and
Mass Transfer, 2019, vol. 143, pp. 118–529.
7.
Zhang X., Zikanov O. Mixed convection in a downward
flow in a vertical duct with strong transverse magnetic field. Доступно
на: https://arxiv.org/abs/1804.02659 (дата обращения 24.01.2022).
8.
Belyaev I., Frick P., Razuvanov N., Sviridov E.,
Sviridov V. Temperature fluctuations in a nonisothermal mercury pipe flow
affected by a strong transverse magnetic field. International Journal
of Heat and Mass Transfer, 2018, vol. 127, pp. 566–572.
9.
Pyatnitskaya N.Y., Melnikov I., Razuvanov N.,
Novikov A., Sviridov E. Evolution of temperature fluctuations in transverse
magnetic field at flow in basic shaped channels. Magnetohydrodynamics,
2019, vol. 55, pp. 167–174. DOI: 10.22364/mhd.55.1-2.20.
10. Abarbanel H.D., Holm D.D., Marsden J.E., Ratiu T. Richardson number
criterion for the nonlinear stability of three-dimensional stratified flow. Physical
Review Letters, 1984, vol. 52 (26), pp. 2352.
11. Belyaev I., Sviridov V., Batenin V., Biryukov D., Nikitina I.,
Manchkha S., Pyatnitskaya N.Y., Razuvanov N., Sviridov E. Test facility for
investigation of heat transfer of promising coolants for the nuclear power
industry. Thermal Engineering, 2017, vol. 64, no. 11, pp. 841–848.
12. Belyaev I., Sardov P., Melnikov I., Frick P. . Limits of
strong magneto-convective fluctuations in liquid metal flow in a heated
vertical pipe affected by a transverse magnetic field. International Journal of Thermal Sciences, 2021, vol. 161, p.106773.
13. Мельников И.А. Исследование
гидродинамики и теплообмена МГД-течений в вертикальной трубе в поперечном
магнитном поле. Дисс. канд. тех. наук. Москва, 2014. 102 с.
14. Zikanov O., Krasnov D., Boeck T., Sukoriansky S. Decay of turbulence
in a liquid metal duct flow with transverse magnetic field. Journal of
Fluid Mechanics, 2019, vol. 867, pp. 661–690. DOI: 10.1017/jfm.2019.171.
15. Zikanov O., Listratov Y., Sviridov V. Natural convection in
horizontal pipe flow with a strong
transverse magnetic field. Journal of Fluid Mechanics, 2013, vol. 720,
pp. 486–516. DOI: https://doi.org/10.1017/jfm.2013.45
16. Morinishi Y., Lund T.S., Vasilyev O.V., Moin P. Fully conservative
higher order finite difference schemes for incompressible flows. Journal of
Computational Physics, 1998, vol. 143, pp. 90–124.
17. Ni M.J., Munipalli R., Huang P., Morley N.B., Abdou M.A. A current
density conservative scheme for incompressible MHD flows at low magnetic
Reynolds number. Part I: On a rectangular collocated grid system. Journal of
Computational Physics, 2007, vol. 227, pp. 174–204.
