強磁場下でのMHD自然対流

强磁场下MHD自然对流

• 批准号: 12750167
• 负责人: 田川 俊夫
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2001
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-12750167/
• 关键词: 一様静磁場; 自然対流; MHD; 液体金属; 電磁力; ハルトマン数; ハルトマン境界層; 数値解析

半導体製造や鉄鋼の連続鋳造プロセスでは、溶融金属の流れを制御することが品質向上につながり、そのためしばしば外部磁場が印加されている。これは、溶融金属が導電性流体であるため磁場印加により電磁力が発生することを利用したものである。本研究では、ある矩形容器内のMHD自然対流に対してハルトマン境界層モデルを適用するとともに、その理論解析、数値解析を行なった。本研究実績は、European journal Mechanics B/Fluidsに印刷中である。以下はその要約である。解析モデルは、対向する鉛直面がそれぞれ加熱・冷却され、その他四面は断熱とする。また六面はすべて電気絶縁されているとする。印加される一様水平磁場は、温度勾配に垂直な磁場の場合(垂直ケース)と、温度勾配に平行な磁場の場合(平行ケース)の両方を検討した。このMHD自然対流の最も本質的な部分は、印加磁場に垂直な面でハルトマン境界層が発達し、その境界層が流れ全体を支配することにある。そこで数値解析コードにハルトマン境界層モデルを適用した。まず、ハルトマン境界層モデルの妥当性を調べるために、理論解の存在する一次元完全発達流れにおいて、数値解と理論解を比較した。その結果、垂直ケースの場合はハルトマン境界層モデルの適用なしには十分な精度の数値解析結果が得られないのに対して、平行ケースではハルトマン境界層は発達しないため、境界層モデルを適用せずとも十分な精度の解が得られた。その知見を活かし、次に、この境界層モデルを実際の三次元流れに適用した。実際の三次元流れではプラントル数やグラスホフ数の影響を受け振動解となる場合でさえも、磁場印加により対流は抑制されて、熱伝導状態へと近づくが、平行ケースと垂直ケースとでは、電磁力の効果が大きく異なることがわかった。平行ケースではハルトマン数の2乗で電磁力が作用するのに対し、垂直ケースでは、ハルトマン数の1乗でしか効かない。これは、ハルトマン境界層が発達し、流れ場が二次元化し、電流の大きさが非常に小さくなるからである。

Semiconductor production and steel production process, molten metal flow control, quality control, and external magnetic field The molten metal is conductive and the magnetic field is conductive. This paper studies the theoretical analysis and numerical analysis of MHD natural flow in rectangular containers. This study was carried out in accordance with European journal Mechanics B/Fluids. The following is an offer. The analysis of heat and cooling in the opposite direction of the lead surface and other four surfaces The six sides are electrically insulated. In addition, the horizontal magnetic field and temperature matching vertical magnetic field (vertical) and temperature matching parallel magnetic field (parallel) are discussed. The most essential part of the MHD natural flow is the vertical plane of the magnetic field, and the boundary layer is dominated by the flow. The number of layers of the layer is determined by the number of layers. The existence of a theoretical solution to the problem is a one-dimensional complete solution to the problem. The result of numerical analysis is that the boundary layer is applicable to the vertical direction, and the boundary layer is applicable to the horizontal direction. The three dimensional flow of knowledge is applicable to all kinds of situations. The three-dimensional current is affected by vibration, magnetic field, current suppression, thermal conduction, parallel, vertical, electromagnetic force, etc. The number of parallel and vertical electromagnetic forces acting on them is 2. The number of parallel electromagnetic forces acting on them is 1. The boundary layer is formed, the flow field is formed into two dimensions, and the current is formed into a very small one.

项目成果

Toshio TAGAWA, Guillaume AUTHIE, Rene MOREAU: "Buoyant flow in a long vertical enclosure in the presence of a magnetic field Part 1. Fully-established flow"European Journal of Mechanics B-Fluids. (印刷中). (2002)

Toshio TAGAWA、Guillaume AUTHIE、Rene MOREAU：“存在磁场的长垂直外壳中的浮力流动，第 1 部分。完全建立的流动”《欧洲力学 B 流体杂志》（2002 年出版）。

T.Tagawa,R.Moreau and G.Authie: "Buoyant flow in long vertical enclosures under the presence of a horizontal magnetic field"ICTAM2000(20th Int.Cong.of Theoretical and Applied Mechanics). PO-1. 199 (2000)

T.Takawa、R.Moreau 和 G.Authie：“水平磁场存在下长垂直外壳中的浮力流”ICTAM2000（第 20 届理论与应用力学国际会议）。