通道内空气热磁对流的协同分析.pdf

中瑚丁程热物理学会 传热传质学 籀{～届学术会殴 编寸：0533j1 通道内空气热磁对流的协同分析 杨帆任建勋杨昆仑宋耀祖 清。每人学航灭航空学院，传热与能源利用北京市莺点实验室，北京，100084 Tel：010 E-mail：巧x@tsinghua．edu．cn 摘要为研究通道内窄气热磁对流的流动规律，用数值模拟方法，研究r磁场作用下一维模型水、r通道 内的流动换热过程，款得，通道内的磁通密度分布和空气温度轴向分布，在此基础．h建、≯J’一维通 道内窄气热磁对流的数学模型，就温度场和磁场的相对关系对水通道内热磁对流过程的影响进行，数 值汁算，获得了通道内卅i唰温度场、磁场以及其爿i删相对位置下的通道空气流量，并讨论r磁极形状 对空气流量及其变化的影响。 关键词热磁对流通道窄气热磁协同 1引言 技术的发展，热磁对流现象成为科研人员研究的热点。上世纪90年代，日本学者 等【4’利用超导磁体使管内空气流速达到了O．5州s，而没有借助任何机械力的驱动。2000 年，uetal(e等【51提出了一种利用超导磁场对竖直通道内空气自然对流进行控制的方法。 2004年，周冬【6J利用数值方法初步研究了磁场作用下水平通道内的热磁对流过程。本文 将就温度场和磁场的相对关系对水平通道内热磁对流过程的影响进行数值分析和讨论， 以便加深对空气热磁对流现象的认识。 2物理数学模型 图1为通道热磁对流过释的物理模 型，它由电磁铁磁极、热磁对流通道和加 热丝三部分组成。电磁铁磁极为头部倒角 的圆；f=}!体，最人直径为D。。，最小直径为 _D。。；两磁极相对，气隙高度为厶。。对流 通道为一根管K为三、内径为d、水平置 ]i电磁铁两磁极之间的圆管，管的轴线与 极面的直径同为x轴方向，管的中心与0 点重合。在偏离管中心。右侧6处设有K= 【-——--．．．．．．．．．．．．．．．．．．．-。．．．．．．．．』：．．．．．．．．．．-．．—-———--———一 为f的加热段米加热空气。 通道内单位体积空气受到磁场力为： 图1通馗热磁对流的物理模型 碰檄2热磁对流通道3力¨热丝 ．Z，：丝寻B2 (1) 2风 1846 其1h脚为真宅磁导率；日为磁通密度：×。为卒气磁化率，它和温度的关系可以表述为： 硝71)：局。。，(呈罢当)： (2) 模型做一维简化，得到通道内单位体积空气受剑的磁场力表达式为： 肛警(半粕警 ㈣ 通道内空气受到的总磁场力，_可以由式(3)往x方向上沿管长上的积分得到： F，，=4L■出 (4) 其中，4为通道径向截面积。如果Fm不为O，则通道内的空气会产生流动。假设为H。≈。。 一—Poiseuille粘性流动，则流餐的表达式为： 、亿、Pp 掣2百万 (5) 道两端的外压著为O，jI【|J总磁场力R、与流动产生的摩擦力平衡，故有： △P：辱 r’(6) 一 空气受到的总磁场力Fm还可以表示为： f≯x～。。坩稿 。) F。=A蛾