Unifying heat transport model for the transition between buoyancy-dominated and Lorentz-force-dominated regimes in quasistatic magnetoconvection
本文针对准静态垂直磁场下两等温面间对流流体层，提出浮力主导与洛伦兹力主导区域间过渡的统一热输运理论模型，推导出两区域标度指数关系及过渡标度，并获Direct Numerical Simulations与文献数据支持。
2023-08-03 physics.flu-dyn
The Transition from Wall Modes to Multimodality in Liquid Gallium Magnetoconvection
介绍了垂直磁场作用下液体镓中Rayleigh-Bénard对流的实验室-数值模拟耦合实验。实验在两个圆柱形容器中进行，直径与高度的纵横比$Γ= 1.0$和$2.0$在不同的热强迫（Rayleigh数$10^5 \lesssim Ra \lesssim 10^8$）和磁场强度（Rayrasekhar数$0\lesssim Ch \lesssim 3\times 10^5$）。实验室测量和数值模拟证实，磁对流在我们有限的圆柱形坦克发病通过非漂移附壁模式，在一个半无限域的渐近预测。随着超临界性的增加，实验和数值热测量和数值速度数据揭示了不同方位角模式数的壁模式状态之间的过渡和壁占主导地位的对流壁和内部多模态之间的过渡。这些转变也反映在传热数据，结合以前的研究，连接发病超临界湍流行为在液态金属磁对流在一个大的参数空间。对液态金属中磁对流和旋转对流的总传热行为进行了比较和讨论。
2023-03-15 nlin.CD physics.flu-dyn
Wall modes in magnetoconvection at high Hartmann numbers
本文采用准静态近似方法，在封闭的正方形单元中，研究了瑞利数为$Ra=10^7$，普朗特数为$Pr=0.025$的液态镓中，外加强垂直磁场$B_0$时的三维湍流磁对流。随着$B_0$或等效的哈特曼数$Ha$的增加，在没有磁场的情况下高度湍流的对流越过了热对流在无限延伸的层中停止并且可以被分配有临界哈特曼数$Ha_{\rm c}$的Erasekhar线性稳定性极限。类似于旋转瑞利-贝纳德对流，我们的模拟揭示了亚临界侧壁模式，保持一个小的，但有限的对流换热$Ha>Ha_{\rm c}$。我们报告了一个详细的分析复杂的两层结构，这些壁模式，它们的延伸到细胞内部和由此产生的侧壁边界层组成，发现规模与Shercliff层的厚度。
2018-05-31 physics.flu-dyn
Computational modeling of magnetoconvection: effects of discretization method, grid refinement and grid stretching
本文重新讨论了在外加磁场作用下，侧向加热的三维立方体空腔内的自然对流问题。考虑了瑞利数Ra=10^6和哈特曼数Ha=100以及磁场的三种不同方向的流动。该问题的解决使用两个独立的数值方法的基础上的二阶有限体积离散格式的结构笛卡尔网格。对网格细化和近壁网格拉伸收敛独立的结果进行检查。获得了收敛的基准质量结果。结果表明，对流流动与强磁场的陡峭，有时非常陡峭，拉伸附近的一些边界是必要的。收敛流场的三维图案和积分性质的报告和讨论。结果表明，最强的磁抑制产生的磁场沿施加的温度梯度。垂直于所施加的温度梯度的水平磁场稳定了主对流辊，并导致具有比非磁性情况下更高的动能和传热速率的流动。准二维模型的适用性，在一个盒子中的自然对流流动进行了讨论。
2018-05-12 physics.flu-dyn
Thermoelectric Precession in Turbulent Magnetoconvection
本研究通过液态镓实验发现湍流磁对流中大尺度环流存在轴向进动，仅在导电边界下发生且方向随磁场翻转，并提出热电磁对流模型成功预测进动频率，为行星内部磁流体动力学提供新视角。
2021-10-11 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Transitions near the onset of low Prandtl-number rotating magnetoconvection
本文研究了具有自由滑移边界条件的低Pr数导电流体在绕垂直轴旋转和外加均匀水平磁场作用下的Rayleigh-Bénard对流（RBC）中对流不稳定性及其附近的相变.这两个三维直接数值模拟（DNS）和低维建模的系统已经进行了调查。DNS结果表明，在弱磁场的对流开始附近的模式过多。最有趣的是，Nusselt数（Nu）计算的DNS数据相对较强的磁场显示了一个急剧的跳跃在发病，表明对流传热的大幅增强。这些流型的起源，以及一个显着增加的热传递附近的对流的发病的原因，然后解释使用低维模型从DNS数据构建。
2018-12-16 nlin.CD physics.flu-dyn
Magnetoconvection in a horizontal duct flow at very high Hartmann and Grashof numbers
对底部恒速加热、外加横向水平磁场的水平管道内的混合对流进行了直接数值模拟和线性稳定性分析。一个二维近似对应的渐近极限的非常强的磁场效应的验证和应用，连同完整的三维分析，调查流的行为在以前未探索的范围内的控制参数对应的典型条件下的液态金属毯的核聚变反应堆（哈特曼数$10^4$和Grashof数高达$10^{10}$）。结果发现，在较早的研究中发现，在较小的哈特曼和格拉肖夫数平行于磁场准二维辊的不稳定性也发生在这个参数范围内。运输辊的平均流量导致磁对流温度波动异常高的振幅。它也表明，准二维结构的流动在很高的哈特曼数并不能保证准确的经典二维近似。在研究中考虑的最高Grashof数下，准确性恶化。
2021-11-28 physics.flu-dyn
A model for Rayleigh-Bénard magnetoconvection
本文建立了一个在均匀垂直磁场作用下具有刚性水平边界的低普朗特数流体中的三维Rayleigh-Bénard对流模型，并对其进行了详细的分析。动能$K$、对流熵$Φ$和对流热通量（$Nu-1$）在对流开始附近显示出与$ε= r-1$的标度行为，其中$r$是约化瑞利数。该模型也被用来调查各种磁对流结构接近发病。在初始失稳时出现的直卷，随着$r$的增加而变得不稳定，并分叉为三维结构。随着$r$的增加，直辊变成周期性变化的波浪辊或准周期性变化的结构，这取决于普朗特数$Pr$的值。随着$r$的增加，它们在时间上变得不规则。随着$r$的进一步提出，这些驻波解首先分叉为周期解，然后分叉为准周期行波解。本文还研究了在不同的Rayleigh数$Q$值下，临界Rayleigh数$Ra_{os}$和频率$ω_{os}$随$Pr$的变化。
2015-08-11 physics.flu-dyn
Magnetoconvection in a Long Vertical Enclosure With Walls of Finite Electrical Conductivity
本文数值研究了垂直长封闭腔内磁对流，匹配早期实验参数，系统分析壁面电导率及两种电边界配置对流动抑制、传热和动能的影响，并指出高哈特曼数下准二维假设可能失效。
2024-03-06 physics.flu-dyn
Quasi-static magnetoconvection with a tilted magnetic field
本文在小磁雷诺数的限制下，数值研究了在相对于重力方向倾斜的外加磁场作用下，无应力边界条件下的对流问题。的动态范围内的瑞利数$Ra$和Ekrasekhar数$Q = 2\times10^6$，与重力矢量和施加的磁场矢量之间的倾斜角固定在$45^{\circ}$。对于固定值的$Q$和增加的$Ra$，对流动力学可以大致由三个主要的流动状态来表征：（1）准二维对流卷附近的对流开始;（2）孤立的对流柱与施加的磁场对齐;和（3）无约束对流联想到非磁对流。分析了不同的$Q$和$Ra$对各个场的影响。热量和动量传输，其特征在于由努塞尔数和雷诺数，量化和比较与垂直场的情况下。在所有的情况下，欧姆耗散占主导地位的粘性耗散。各种平均场的调查和他们的标度行为进行了分析。如果$Ra$足够大，则所有研究的$Q$值都表现出反向动能级联，产生强“带状”流。松弛振荡，其特征在于准周期性的转变，无论是纬向或非纬向分量的平均流量的优势，出现足够大的$Ra$和$Q$。
2021-11-02 physics.flu-dyn
A numerical investigation of quasi-static magnetoconvection with an imposed horizontal magnetic field
该研究通过数值模拟探究外加水平磁场的准静态Rayleigh-Bénard对流，识别出三种动力学状态，明确二维/三维转变的判据，验证了二维状态下的输运标度关系，并发现高Q大Ra下标度会因分岔和平均流失效。
2023-10-10 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Flow regimes of Rayleigh-Bénard convection in a vertical magnetic field
研究了垂直静磁场对液态金属Rayleigh-Bénard对流流动结构和动量、热量整体输运特性的影响。实验是在一个圆柱形对流单元的单位纵横比，填充合金GaInSn在低普朗特数$\mathit{Pr}=0.029$。使用多个超声多普勒测速传感器和热电偶，在由$10^6 \le \mathit{Ra} \le 6\times 10^7$的Rayleigh数和$\mathit{Ha} \le 1000$的Hartmann数跨越的参数范围内，系统地探测了大尺度速度结构随磁场强度增加的变化。我们同时进行的多探头温度和速度测量演示了大尺度环流是如何受到不断增加的磁场强度（或哈特曼数）的影响。在液态金属中诱导的洛伦兹力首先在低$\mathit{Ha}$下抑制大尺度循环的振荡，然后将单辊结构转变为由中间$\mathit{Ha}$的多个向上和向下流动组成的细胞状大尺度图案，在最后将任何流体运动排出最高可达$\mathit{Ha}$处的本体之前，壁对流，甚至持续低于Ehrasekhar的线性不稳定阈值。因此，我们的研究实验证明了壁模在受限磁对流的存在。在很大的哈特曼数范围内，流体动量的稳定减小几乎不影响传递热量的大小。我们扩展的实验全球运输分析动量转移，包括哈特曼数的雷诺数的依赖。
2020-02-18 physics.flu-dyn
Pseudopotential Lattice Boltzmann Method for boiling heat transfer: a mesh refinement procedure
沸腾是一种复杂的现象，其中发生不同的非线性物理相互作用，并且所涉及的机制的定量建模尚未完全开发。在过去的几年里，已经出版了许多作品，集中在这个问题的数值分析。然而，缺乏定量评估这些数值模拟网格参数的敏感性的数值工程可以确定，特别是格子玻尔兹曼方法（LBM）。本文的主要目的是提出一种利用赝势LBM模拟相变传热问题的网格加密方法。该方法是基于相关的物理参数，以他们的晶格对应的任意网格下的粘性制度（其中$Δt \propto Δx ^2$）。适当的修改状态方程参数和调整的热力学一致性和表面张力为某一$Δx$的建议方法的主要步骤。第一个合奏的简单模拟，包括液滴蒸发和Stefan问题进行验证所提出的方法，并评估一些物理机制的影响。采用空间和时间上的全局范数来评价网格离散化后池沸腾模拟中密度场和温度场的变化。据观察，所提出的方法提供了收敛的结果，所有考虑的问题，和收敛的顺序取决于模拟现象的复杂性。
2022-05-20 cs.CE physics.comp-ph physics.flu-dyn
