Диссертация (Математическое моделирование гидродинамического и электромагнитного отклика при воздействии линейных и тороидальных магнитных полей)
Описание файла
Файл "Диссертация" внутри архива находится в папке "Математическое моделирование гидродинамического и электромагнитного отклика при воздействии линейных и тороидальных магнитных полей". PDF-файл из архива "Математическое моделирование гидродинамического и электромагнитного отклика при воздействии линейных и тороидальных магнитных полей", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "физико-математические науки" из Аспирантура и докторантура, которые можно найти в файловом архиве СПбГУ. Не смотря на прямую связь этого архива с СПбГУ, его также можно найти и в других разделах. , а ещё этот архив представляет собой докторскую диссертацию, поэтому ещё представлен в разделе всех диссертаций на соискание учёной степени доктора физико-математических наук.
Просмотр PDF-файла онлайн
Текст из PDF
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ «МАГНИС»______________________________________________________________________На правах рукописиМаламанов Степан ЮрьевичМАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ИЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ОТКЛИКА ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ЛИНЕЙНЫХИ ТОРОИДАЛЬНЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ01.02.05 – механика жидкости, газа и плазмыДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степени докторафизико-математических наукСАНКТ–ПЕТЕРБУРГ20172СодержаниеВВЕДЕНИЕ ..................................................................................................................... 5Глава 1.
ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ СВЕДЕНИЯ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ. ...... 251.1 Постановка задач. ............................................................................................................................ 251.2. Основные сведения об уравнениях магнитной гидродинамики. .......................... 291.3. Основные понятия группового анализа дифференциальных уравнений. ........ 381.4. Использование программного комплекса ANSYS.CFX в задачахвычислительной гидродинамики ....................................................................................................
501.5. Основные понятия метода сращиваемых асимптотических разложений ........ 55Глава 2. ПРИМЕНЕНИЕ ГРУППОВОГО АНАЛИЗА К УРАВНЕНИЯММАГНИТНОЙ ГИДРОДИНАМИКИ...................................................................... 612.1. Автомодельные решения дифференциальных уравнений ....................................... 612.2. Инвариантность уравнений магнитной гидродинамики относительногруппы растяжения ................................................................................................................................ 642.3. Инвариантность уравнений магнитной гидродинамики в случаепостоянного внешнего магнитного поля ....................................................................................
752.4. Поиск группы, допускаемой фактор–системой уравнений магнитнойгидродинамики ......................................................................................................................................... 77ВЫВОДЫ .................................................................................................................................................... 98Глава 3.
ТЕСТИРОВАНИЕ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА ANSYS.CFXНА ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ И МАГНИТОГИДРОДИНАМИЧЕСКИХЗАДАЧАХ ...................................................................................................................... 993.1. Численное моделирование турбулентного струйного течения ............................. 993.2. Расчет течения проводящей жидкости в щелевом зазоре (задача Гартмана).........................................................................................................................................................................
1073.3. Численное моделирование турбулентного течения ртути в однородноммагнитном поле...................................................................................................................................... 115ВЫВОДЫ ..................................................................................................................................................
123Глава 4. МГД-ОТКЛИК В ПРОСТЫХ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХУСЛОВИЯХ................................................................................................................ 1244.1. Течение поводящей жидкости в МГД–насосе .............................................................. 1244.2. Анализ причин, вызывающих усиление магнитного поля при течении вканалах различной конфигурации ...............................................................................................
127ВЫВОДЫ .................................................................................................................................................. 1363Глава 5. МОДЕЛИРОВАНИЕ ИНДУЦИРОВАННОГО МАГНИТНОГОПОЛЯ, ВЫЗВАННОГО КРУГОВЫМ ДВИЖЕНИЕМ ПРОВОДЯЩЕЙЖИДКОСТИ .............................................................................................................. 1375.1. Моделирование течения проводящей жидкости в кольцевом зазоре двухсоосных цилиндров.............................................................................................................................. 1375.2. Намагничивающее действие проводящей среды ........................................................
1495.3. Моделирование течения в спиралевидном канале ..................................................... 1545.4. Моделирование течения в тороидальном канале ........................................................ 1645.5. Течение в прямолинейной трубке тока при гармоническом измененииначального магнитного поля ...........................................................................................................
1785.6. Течения в спиралевидных каналах различной конфигурации ............................. 1835.7. Течения в спиралевидной трубке, заключенной в кольцевой канал ................ 1865.8. ACT-Расширение Spiral ............................................................................................................ 197ВЫВОДЫ .................................................................................................................................................. 200Глава 6. ОПИСАНИЕ ВЛИЯНИЯ ОДНОРОДНОГО ВНЕШНЕГОМАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ЗАРОЖДЕНИЕ ТУРБУЛЕНТНОСТИ ПРИТЕЧЕНИИ ПРОВОДЯЩЕЙ ЖИДКОСТИ ВБЛИЗИ ШЕРОХОВАТОЙПОВЕРХНОСТИ .......................................................................................................
2016.1. Предварительные сведения..................................................................................................... 2016.2. Асимптотическое поведение турбулентного течения вблизи обтекаемойшероховатой поверхности ................................................................................................................
2026.3. Зарождение индуцированного магнитного поля в окрестности бугорковшероховатости при течении проводящей жидкости во внешнем однородноммагнитном поле ...................................................................................................................................... 214ВЫВОДЫ .................................................................................................................................................. 219ЗАКЛЮЧЕНИЕ ................................................................................................................................... 220СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ............................................................................................................
2224Список основных обозначений, , – декартовы координаты, м(, , ) – скорость движения, м/с – массовая плотность жидкости, кг/м3 – давление, Па – коэффициент динамической вязкости, Па ∙ сj – плотность тока, А/м2( , , )– индукция магнитного поля, Тл −индуцируемое магнитное поле, Тл – напряженность магнитного поля, А/м – напряженность электрического поля, В/м – потенциал индуцированного поля, В – коэффициент электропроводности, См/мк – кинетическая энергия турбулентности, м2 /с2 – диссипация кинетической энергии турбулентности, м2 /с3ω – удельная скорость диссипации кинетической энергии турбулентности, 1/сR, r – радиус кривизны, мF – удельная электромагнитная сила, кг⁄(м2 с2 )L – характерный линейный размер, мRe – число РейнольдсаHa – число ГартманаИндексы∞ – условия на бесконечности – условия на стенке0 – начальные условия5ВВЕДЕНИЕМагнитная гидродинамика (МГД), как раздел механики сплошных сред,начала интенсивно развиваться с середины прошлого века в связи с бурным развитием исследований в астрофизике, термоядерной энергетике, а также созданием новых приборов и устройств для энергетических и двигательных систем.
В нашейстране сформировалось несколько центров по изучению проблем МГД–течений.Так в центральном институте авиационного моторостроения (ЦИАМ) проводилисьработы в области высокотемпературных течений газа, электропроводность которого могла быть как естественной, так и изменяющейся путем введения специальных добавок. Такой газ рассматривался как рабочая среда в МГД–устройствах.
Этиработы начинались под руководством Л.И. Седова, а затем проводились под руководством Г.Г. Черного. Непосредственными исполнителями экспериментальныхработ были Н.М. Белянин, М.Д. Петров, В.А. Сепп, А.В. Акимов, В.А. Лихтер, В.И.Шульгин, О.К. Варенцови другие. За годы исследований была создана теория иметоды расчета МГД–течений в каналах газодинамических и энергетическихустройств. Выполнен цикл исследований сверх- и гиперзвуковых внутренних ивнешних МГД–течений. Выяснены возможности МГД–торможения сверхзвукового потока в каналах и управления аэродинамикой и теплообменом тел, обтекаемых гиперзвуковым потоком газа. Разработаны теоретические и экспериментальные методы исследования пространственных электрогазодинамических течений сзаряженной дисперсной фазой применительно к кавитационным и энергетическимпроблемам.
Развита теория электризации летательных аппаратов и сконструированы принципиально новые устройства, повышающие их надежность, при этомбыли разработаны методы электростатической диагностики аномальных процессовв газодинамических и энергетических устройствах. Экспериментально обнаружено, что микрочастицы, образующиеся при разрушении металлических тел, оказываются положительно заряженными. Это позволяет предвидеть разрушение элементов конструкций путем регистрации таких частиц специальными антенными6устройствами. Теоретический анализ при этом, в основном, проводился о одномерном приближении. Весьма плодотворным оказалось одновременное использованиеэкспериментального и теоретического методов исследования.
Эти работы проводились А.Б. Ватажиным, В.И. Грабовским, С.А. Регирером, Г.М. Бам–Зеликовичем,Д.А. Голенцовым, Г.Р. Алавидзе, Е.К. Холщевниковой и другими исследователями.Большой цикл работ этих авторов был связан с исследованием магнитогидродинамических пограничных слоев. Интерес к подобной проблематике связан с возможностью использования электромагнитного поля как управляющего фактора, приводящего к перестройке всего течения, что особенно актуально в связи с развитиемгиперзвуковой аэродинамики и ракетной техники.
