二维方腔内辐射参与性磁流体流动与传热行为的数值研究

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1、万方数据分类号UDC密级学位论文二维方腔内辐射参与性磁流体流动与传热行为的数值研究作者姓名：指导教师：张敬奎李本文教授申请学位级别：博士学科类别：工学学科专业名称：热能工程论文提交日期：2014年5月论文答辩日期：2014年6月21日学位授予日期：年月日答懒△捕：李宝宽教授评阅人：东北大学2014年6月万方数据ADissertationin．T———hermalEngineerine一0dimensionalNumericallhsearcheslWo-dion。量心0nFluidFlowandHeatT

2、ransferofRadiatingParticipatingMHDinRectangularEnclosurebyZhangJingkui一Supervisor：ProfessorLiBenwenNortheasternUniversityJune2014万方数据独创性声明本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了

3、明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：媳金日期：洳l峪年锅学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：半年口一年口一年半口两年彰⋯一虢照黧El一嚣名：羚州tt．签字期：加，屹毛培签字日期：2-’，‘朱《’斜万方数据东北大学博士学位论文摘要二维方腔内辐射参与

4、性磁流体流动与传热行为的数值研究摘要辐射磁流体力学(Radiation．Magnetohydrodynamics，Radiation．MHD或R-MHD)是在磁流体力学问题的研究过程中发展而来的。在磁流体力学的许多应用领域(如，热核聚变反应装置、磁流体发电、空间天气预报、高分子聚合物成型以及天体物理等)，其中的热辐射传输成为不可回避的问题，因而，辐射磁流体力学成为磁流体力学问题研究的一个重要方向，并在最近lO多年问获得了很大进展。此外，辐射磁流体力学的研究还是许多国防工业应用的基础，如，航天器、导弹、卫星

5、的推进器以及磁流体加速器等。从国内外的研究工作中，可以发现在辐射性边界和辐射参与性介质中，热辐射对磁流体的流动、传热、传质甚至流动的稳定性具有标志性的影响，在一定的参数范围内，热辐射的作用不可忽略。当前的研究工作以数值计算和分析求解为主，大部分研究者对热辐射采取忽略或简化的方法进行处理。因此，基于当前辐射磁流体力学的研究现状和存在的局限性，为适应更多工程应用领域中的辐射磁流体力学问题，本文进行了辐射参与性磁流体流动与传热行为的数值研究。本论文的主要研究方法、内容和结果包括以下几个方面：(1)考虑磁流体和边

6、界壁面具有复杂的热辐射传输特性，针对粘性、不可压缩、辐射磁流体，通过合理的假定，建立了二维坐标系辐射磁流体流动与传热的数学模型。(2)为使研究更具有通用性，对控制方程进行了无量纲化处理。由于各控制方程具有不同的数学特点，对不同的控制方程采用不同的数值方法。应用有限容积法离散动量守恒方程和能量守恒方程，运用人工压缩法求解不可压缩辐射参与性磁流体的流动。为提高计算精度，对交叉网格的内部节点采用三阶迎风QUICK格式离散对流项，对靠近边界的一层节点采用一阶迎风格式离散对流项。应用离散坐标法求解辐射传递方程，选用

7、球带等差数列微元等分离散坐标法(SRAPN)对立体角进行离散。(3)采用Matlab编写程序，对离散后的代数方程进行求解。为了选定合适的网格数目，在综合考虑计算时间和计算精度的情况下，对网格独立性进行了测试。为了确保计算代码的有效性，分别对自然流动、热辐射传输和简单的热辐射与自然对流的耦合进行了验证。验证结果表明，采用的求解方法以及代码的编写都是准确有效的，采用求解辐射传递方程的方法完全耦合磁流体热辐射传输与自然对流是可行的，并能够适应复杂的热辐射特性条件。(4)在确保计算代码的有效性后，首先运用对比的方

8、法，研究了不同参数情况下忽．I．万方数据东北大学博士学位论文摘要略热辐射影响和考虑热辐射影响对辐射参与性磁流体流动与传热行为的影响。结果显示，热辐射对磁流体流动与传热的影响随用数的增加而减弱，当用数增大到一定值时，热辐射的影响可以忽略。(5)然后，在不同光学厚度、散射反照率和壁面黑度条件下，研究了半透明磁流体和不透明壁面的光学参数对辐射参与性磁流体流动与传热行为的影响。结果显示磁流体光学厚度的增加能够加强流体的流动，提高流体的