論通過(guò)磁場(chǎng)增強(qiáng)液態(tài)金屬制冷性能的方法

1、論通過(guò)磁場(chǎng)增強(qiáng)液態(tài)金屬制冷性能的方法1論通過(guò)磁場(chǎng)增強(qiáng)液態(tài)金屬制冷性能的方法摘要：關(guān)鍵詞：液態(tài)金屬冷卻機(jī)對(duì)流換熱磁流體動(dòng)力學(xué)非均勻磁場(chǎng)渦輪冷卻葉片這項(xiàng)工作的目的是初步評(píng)價(jià)一種新的液體冷卻劑的潛能：一種導(dǎo)電流體可以流過(guò)通道，在磁領(lǐng)域進(jìn)行撞擊，造成的效果類似的通道肋（紊流），而且在原則上次效果是可控的。為了更好的了解磁流體動(dòng)力學(xué)的效果，DNS已用于研究非均勻磁場(chǎng)對(duì)流經(jīng)二維通道的液態(tài)金屬的影響。影響這個(gè)流場(chǎng)的無(wú)量綱數(shù)有雷諾茲數(shù)（Re）和斯圖爾特

2、數(shù)（St）。后者提供的洛倫茲力與相對(duì)重量慣性力成正比。在層流區(qū)液態(tài)鋰在沒(méi)有磁場(chǎng)的情況下（Re=2000，St=0），而增加值的斯圖爾特?cái)?shù)（Re=2000，St=7501000和2000），事實(shí)情況也表明了改變磁場(chǎng)力會(huì)影響對(duì)流換熱的大小。對(duì)于一個(gè)直徑2厘米的渠道，把斯圖爾特?cái)?shù)對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度控制在1~2T之間，技術(shù)上采用電磁鐵或永久磁鐵都是可以達(dá)到的。仿真結(jié)果表明，局部的努塞爾數(shù)可高于在非磁性情況下的2.8倍之多。1.引言傳統(tǒng)的液體，例如水

3、、礦物合成油、乙二醇都是常用的傳染流體。不同的流體應(yīng)用于不同的傳熱技術(shù)中，但由于流體的導(dǎo)熱系數(shù)低，所以并沒(méi)有哪一種液體可以迅速增加熱傳遞量的。而液態(tài)金屬的熱導(dǎo)率更高使其成為更加優(yōu)良的傳熱液體，冷卻高密度熱源的能力更強(qiáng)，在密閉環(huán)境下擴(kuò)散性能也更強(qiáng)。因此液態(tài)金屬已廣泛應(yīng)用于核發(fā)電站?？焖俜磻?yīng)堆通常使用液態(tài)金屬作為主要的冷卻劑用來(lái)控制核心溫度和產(chǎn)生用于渦輪機(jī)的蒸汽。此外，為了使一些快速反應(yīng)堆體積更加小，金屬燃料（PuFe）也在高溫液態(tài)金屬冷卻

4、劑中組合使用，即鎵。液體金屬被采用于鉆機(jī)實(shí)驗(yàn)研究中，其中一個(gè)例子就是在阿爾貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室中的先進(jìn)光子源（APS）實(shí)驗(yàn)，液態(tài)金屬被用來(lái)冷卻同步加速器中的高強(qiáng)度X射線。液態(tài)金屬鎵和鋁合金具有熔點(diǎn)低，黏度低，高導(dǎo)熱性和高熱容，可作為計(jì)算機(jī)芯片和電子設(shè)備的冷卻劑。液態(tài)金屬另一個(gè)值得注意的物理特性就是高導(dǎo)電性，這個(gè)特性使其在技術(shù)上更有優(yōu)越性。實(shí)際上，由于其高導(dǎo)電性可以使其減少接觸電阻，適用于電連接器。在下一代超高效的太陽(yáng)能發(fā)電廠，堿金屬也被當(dāng)作研究

5、的工作流體。堿金屬在太陽(yáng)能塔傳輸熱能的狼啃循環(huán)（頂循環(huán)）同論通過(guò)磁場(chǎng)增強(qiáng)液態(tài)金屬制冷性能的方法3大規(guī)模的速度波動(dòng)。由于液態(tài)金屬的不透明度和腐蝕性，導(dǎo)致磁流體流動(dòng)的實(shí)驗(yàn)研究無(wú)法提供對(duì)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)的詳細(xì)信息，出于這個(gè)原因，數(shù)值模擬成為研究磁流體流動(dòng)的一個(gè)必不可少的手段。Wildlund等人以及Kenjeres和Hanjalic還制作了專門的MHD湍流模型，來(lái)完成對(duì)雷諾茲平均值（RANS）模擬和大渦模擬（LES）。直接模擬數(shù)值（DNS）在磁

6、流體流動(dòng)的研究中越來(lái)越重要，因?yàn)镈NS可用于研究湍流的基本方面，可以提供一種用于湍流模型校準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)。DNS也被Boeck等人用來(lái)表征湍流的雷諾茲數(shù)和哈特曼數(shù)的不同的值。DNS已首次應(yīng)用于研究非均勻磁場(chǎng)的層流對(duì)液態(tài)金屬的相互作用。這項(xiàng)工作假設(shè)了非均勻磁場(chǎng)將引發(fā)二次流域，此流域撞擊到通道壁。最近研究表明，撞擊流是強(qiáng)化傳熱通道流量的最相關(guān)原因。一些初步的模擬結(jié)果證明提出的冷卻系統(tǒng)概念的可行性。MHD方程、數(shù)值計(jì)算方法和仿真程序，在3、4、5部

7、分中均有介紹。流體溫度和努塞爾數(shù)的分布與液態(tài)金屬流動(dòng)和非均勻磁場(chǎng)之間的相互作用也在隨后進(jìn)行描述。最后，第6部分介紹了主要的成果和簡(jiǎn)要介紹了一下未來(lái)的前景。2.概念證明我們提出了由液態(tài)金屬環(huán)完成高溫渦輪葉片冷卻的新概念：該系統(tǒng)的示意圖如圖1所示。液態(tài)金屬在渦輪葉片內(nèi)被泵運(yùn)送通過(guò)蛇形通道，實(shí)現(xiàn)了對(duì)葉片從內(nèi)表面到外表面的冷卻。高溫液態(tài)金屬離開(kāi)葉片通道由一個(gè)外部熱交換器冷卻，然后送回循環(huán)泵。而非均勻磁場(chǎng)源則在接近冷卻通道表面來(lái)精確控制傳熱。磁源