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摘要

基于低磁雷诺数假设建立完全气体湍流流场、磁场耦合模型. 数值计算方法上, 通过AUSMPW+格式和LUSGS隐式处理方法求解磁流体动力学湍流流动方程, 其中湍流模型采用Spalart-Allmaras模型. 分析了不同外加磁场条件下平板及压缩拐角湍流边界层流动控制效果. 研究表明: 湍流边界层磁流体动力学流动控制效果与洛伦兹力大小正相关; 外加磁场作用下, 洛伦兹力的方向和流动方向相反, 此时洛伦兹力起到减速的作用, 减少了近壁面流体的动量, 降低了边界层抵抗分离的能力; 逆流向洛伦兹力减小了壁面的剪切应力, 从而降低湍流流场壁面摩擦阻力系数, 洛伦兹力对流体做负功, 边界层内温度增加; 磁相互作用位置对磁流体动力学分离区控制效果存在较大影响, 工程应用中需配置合理的磁场布局方案.

关键词:

Abstract

Under the assumption of the low magnetic Reynolds number, the coupled model is established for the turbulent flow field and the externally applied magnetic field. The AUSMPW+ scheme and LUSGS method are used to solve turbulent magnetohydrodynamics (MHD) flow equations, in which the Spalart-Allmaras one-equation turbulence model is used. A series of numerical simulations over various geometry configurations, namely, a flat plate and a compression corner, is conducted by using an external electromagnetic field. Results show that the performance of MHD boundary layer flow control is determined mainly by the Lorentz force in the streamwise direction. With an external magnetic field used, the low velocity fluid in the boundary layer can decelerate and increase the static temperature locally. Moreover, the counter-flow Lorentz force always brings a negative effect on the turbulent skin friction coefficient, and the location for the MHD zone has a great influence on the control efficiency of the ramp-induced separation. A reasonable magnetic field layout scheme should be configured in practical engineering application.

Keywords:

作者及机构信息

通信作者:罗仕超,13687311973@163.com

基金项目:国家重点研发计划(批准号: 2019YFA0405203, 2019YFA0405200)资助的课题.

Authors and contacts

Corresponding author:Luo Shi-Chao,13687311973@163.com

Funds:Project supported by the National Key R&D Program of China (Grant Nos. 2019YFA0405203, 2019YFA0405200).

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施引文献

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参数	符号	数值
马赫数	$M{a_\infty }$	2.244
来流温度	T_∞/K	278
单位雷诺数	Re_∞	4.31×10⁷
来流密度	ρ_∞/(kg·m^–3)	1.0

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参数	符号/单位	数值
马赫数	$M{a_\infty }$	5.0
来流温度	${T_\infty }/{{\rm{K}}}$	100
来流压力	${P_\infty }/{ {\rm{Pa} } }$	1587
球头半径	r/m	0.01
壁面温度	${T_{\text{w} } }/{{\rm{K}}}$	130
电导率	${\sigma _{\text{e} } }/({\rm{S}} \cdot { {\text{m} }^{ - 1} })$	794

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参数	符号/单位	数值
马赫数	$M{a_\infty }$	2.0
来流温度	T_∞/K	300
雷诺数	Re_∞,L	3.75 × 10⁶
来流压力	P_∞/(N·m^–2)	1.706 × 10⁵
平板长度	L/m	0.08
电导率	σ_e/(S·m^–1)	800

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参数	符号/单位	数值
马赫数	$M{a_\infty }$	9.22
来流温度	T_∞/K	64.5
单位雷诺数	Re_∞	4.31×10⁷
来流密度	ρ_∞/(kg·m^–3)	0.1368
前平板长度	L/m	0.56
壁面温度	T_w/K	295

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计算工况	${x_1}/{{\rm{m}}}$	${x_2}/{{\rm{m}}}$	${B_{\max } }/{{\rm{T}}}$	${\sigma _{\text{e} } }/\left( { {\rm{S} } {\cdot} { {\rm{m} }^{ - 1} } } \right)$
Case 1	0.30	0.40	4.0	4.0
Case 2	0.35	0.45	4.0	4.0
Case 3	0.40	0.50	4.0	4.0
Case 4	0.45	0.55	4.0	4.0

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