Advanced numerical methods for multiphysics Magnetohydrodynamics
多物理场磁流体动力学的高级数值方法
基本信息
- 批准号:1620058
- 负责人:
- 金额:$ 27万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2016
- 资助国家:美国
- 起止时间:2016-08-15 至 2021-07-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
The objective of this project is to develop innovative numerical methods capable of solving energy-related problems in the context of renewable and alternative energies. The numerical techniques developed in this project will help design grid-scale liquid metal batteries capable of storing large quantities of renewable energies. This research will also help improve the performance of large power electric transformers cooled by environment-friendly vegetable-based oils containing ferromagnetic particles. Finally, by facilitating the understanding of magneto-hydrodynamic instabilities in liquid metals, this project will help to ascertain the integrity and the efficiency of the electromagnetic pumps that will be used to extract energy from the next generation of Liquid-Metal Fast-Breeder Reactors and Tokamaks. This project will be done in collaboration with an European team; the project will foster diversity, international exchanges, and multidisciplinarity. The educational component of the project will contribute to increase the competitiveness of the STEM workforce in the US in computational magnetohydrodynamics.The research program will be organized into four areas: (1) Development of new efficient semi-implicit algorithms to solve partial differential equations with variable material properties (density, electric conductivity, magnetic permeability) using spectral or very high-order methods; (2) Modeling of ferromagnetic fluids and development of new numerical techniques to solve the magneto-static equations in the context of liquid metals and ferromagnetic fluids; (3) Development of level set techniques to account for more than two phases, and development of new high-order level set techniques to guarantee mass conservation and maximum principle; (4) Integration of the mathematical models and numerical techniques developed in (1)-(2)-(3) into a massively parallel open source code to test the proposed methods on realistic applications (liquid metal batteries, thermo-convection of ferromagnetic oil in high-voltage transformers, liquid metal dynamos). This project will involve the Principal Investigator, one post-doctoral collaborator, one graduate student, and European collaborators.
该项目的目标是发展能够在可再生能源和替代能源的背景下解决能源相关问题的创新数值方法。在这个项目中开发的数值技术将有助于设计能够存储大量可再生能源的电网级液态金属电池。这项研究也将有助于改善使用含有铁磁颗粒的环保型植物油冷却的大型电力变压器的性能。最后,通过促进对液态金属磁流体动力学不稳定性的理解,该项目将有助于确定电磁泵的完整性和效率,电磁泵将用于从下一代液态金属快速增殖反应堆和托卡马克中提取能量。该项目将与欧洲团队合作完成;该项目将促进多样性,国际交流和多学科。该项目的教育部分将有助于提高美国STEM劳动力在计算磁流体动力学方面的竞争力。研究计划将分为四个方面:(1)开发新的高效半隐式算法,使用光谱或非常高阶方法求解具有可变材料特性(密度,电导率,磁导率)的偏微分方程;(2)铁磁流体的建模和新数值技术的发展,以解决在液态金属和铁磁流体背景下的静磁方程;(3)发展水平集技术以解释两个以上阶段,发展新的高阶水平集技术以保证质量守恒和极大值原理;(4)将(1)-(2)-(3)中开发的数学模型和数值技术集成到一个大规模并行的开源代码中,以在实际应用(液态金属电池,高压变压器中铁磁油的热对流,液态金属发电机)中测试所提出的方法。本项目将涉及首席研究员,博士后合作者,研究生和欧洲合作者。
项目成果
期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
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- 作者:
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