Stability theory for metal pad roll in cylindrical liquid metal batteries
Stability theory for metal pad roll in cylindrical liquid metal batteries
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圆柱形液态金属电池金属垫卷稳定性理论
DOI：
10.1017/jfm.2023.238
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发表时间：
2023
影响因子：
3.7
通讯作者：
Nore, C.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Herreman, W.;Wierzchalek, L.;Horstmann, G.M.;Cappanera, L.;Nore, C.
当液态金属电池充电或放电时，强大的电流通过我们在电池内部发现的三个液层。这可能导致金属垫滚动不稳定性，从而在层与层之间的界面上驱动重力波。在这篇文章中，我们从理论上研究了Weber等人以前模拟的理想圆柱形液态金属电池中的金属垫辊不稳定性。(物理。流体，第29卷，第5期，2017b，054101)和Horstmann等人。(《流体机械》，第845卷，2018年，第1-35页)。在不稳定阈值附近，我们预计重力波是弱失稳的，在这个参数范围内，我们可以用微扰方法找到所有可能的波的增长率的显式公式。这种微扰方法还允许我们考虑耗散效应，因此我们可以很好地定位不稳定性阈值。我们发现，我们的理论增长率与以前和新的直接数值模拟是定量一致的。我们解释了我们的理论如何可以用来估计单元大小的下限，低于这个下限，金属垫滚动不稳定的可能性不大。
When liquid metal batteries are charged or discharged, strong electrical currents are passing through the three liquid layers that we find in their interior. This may result in the metal pad roll instability that drives gravity waves on the interfaces between the layers. In this paper, we investigate theoretically metal pad roll instability in idealised cylindrical liquid metal batteries that were simulated previously by Weber et al. (Phys. Fluids, vol. 29, no. 5, 2017b, 054101) and Horstmann et al. (J. Fluid Mech., vol. 845, 2018, pp. 1–35). Near the instability threshold, we expect weakly destabilised gravity waves, and in this parameter regime, we can use perturbation methods to find explicit formulas for the growth rate of all possible waves. This perturbative approach also allows us to include dissipative effects, hence we can locate the instability threshold with good precision. We show that our theoretical growth rates are in quantitative agreement with previous and new direct numerical simulations. We explain how our theory can be used to estimate a lower bound on cell size beneath which metal pad roll instability is unlikely.
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DOI：
10.1007/bf02658630
发表时间：
1977
期刊：
Metallurgical Transactions B
影响因子：
--
作者：
Thorleif Se Le
通讯作者：
Thorleif Se Le
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作者：
A. Tučs;V. Bojarevics;K. Pericleous
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Zikanov, Oleg
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发表时间：
2018
期刊：
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影响因子：
--
作者：
S. Molokov
通讯作者：
S. Molokov