Magnetoconvection in a horizontal duct flow at very high Hartmann and Grashof numbers
Magnetoconvection in a horizontal duct flow at very high Hartmann and Grashof numbers
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哈特曼和格拉肖夫数非常高时水平管道流中的磁对流
DOI：
10.1017/jfm.2021.987
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发表时间：
2022
影响因子：
3.7
通讯作者：
Listratov, Y.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Akhmedagaev, R.;Zikanov, O.;Listratov, Y.
采用直接数值模拟和线性稳定性分析方法，研究了底部施加等速加热和施加横向水平磁场的水平管道内的混合对流。一个二维近似对应于一个非常强的磁场效应的渐近极限被验证和应用，连同完整的三维分析，研究流动的行为在以前未探索的范围内的控制参数对应于一个核聚变反应堆的液态金属包层的典型条件（哈特曼数高达）。发现在较早的研究中在较小的Hartmann数和Grashof数下发现的平行于磁场的准二维卷的不稳定性也发生在这个参数范围内。轧辊的平均流动导致磁对流温度的异常高振幅波动。本文还证明了在非常高的哈特曼数下，流的准二维结构不能保证经典二维近似的准确性。在研究中考虑的最高格拉什夫数下，准确性会下降。
Direct numerical simulations and linear stability analysis are carried out to study mixed convection in a horizontal duct with constant-rate heating applied at the bottom and an imposed transverse horizontal magnetic field. A two-dimensional approximation corresponding to the asymptotic limit of a very strong magnetic field effect is validated and applied, together with full three-dimensional analysis, to investigate the flow's behaviour in the previously unexplored range of control parameters corresponding to typical conditions of a liquid metal blanket of a nuclear fusion reactor (Hartmann numbers up to ). It is found that the instability to quasi-two-dimensional rolls parallel to the magnetic field discovered at smaller Hartmann and Grashof numbers in earlier studies also occurs in this parameter range. Transport of the rolls by the mean flow leads to magnetoconvective temperature fluctuations of exceptionally high amplitudes. It is also demonstrated that quasi-two-dimensional structure of flows at very high Hartmann numbers does not guarantee accuracy of the classical two-dimensional approximation. The accuracy deteriorates at the highest Grashof numbers considered in the study.
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