37、二维域中使用OpenFOAM进行磁场下对流换热的CFD分析及远程抽架模块设计

二维域中使用OpenFOAM进行磁场下对流换热的CFD分析及远程抽架模块设计

二维域中磁场下对流换热的CFD分析

在工业应用里，封闭腔内的自然对流热和流体流动是一个重要领域，像电子设备冷却、润滑系统散热、核工业热交换器、太阳能接收器、太阳能海水淡化方法以及熔融金属的熔化和凝固等都与之相关。流体在腔内的运动是由温度差异导致的密度变化引起的。磁流体动力学（MHD）在自然对流流动中是一个受关注的应用，它能在相同的瑞利数（Ra）下调节和抑制腔内的流动特性和传热性能。

以往研究表明，在无限制对流流动且暴露于磁场的情况下，洛伦兹力会抑制传热和流体流动。然而，本研究发现，在低磁场强度下，洛伦兹力对增强传热和调节腔内流体流动具有积极作用。

数学公式与数值方案

本求解器将纳维 - 斯托克斯方程与泊松电势方程和能量方程耦合，以获得域内的速度分布、温度变化和洛伦兹力。洛伦兹力和布辛涅斯克近似作为源项添加到纳维 - 斯托克斯方程中，以显示其对流动特性的影响。流体被假定为不可压缩、粘性且具有导电性。

求解器中包含的无量纲参数如下：
- 哈特曼数（Ha）：$Ha = B(2L)\sqrt{\frac{\sigma}{\mu}}$，用于衡量施加在系统上的磁场强度。
- 瑞利数（Ra）：$Ra = Gr · Pr$
- 格拉晓夫数（Gr）：$Gr = \frac{g\beta(T - T_{ref})(2L)^3}{\nu^2}$
- 普朗特数（Pr）：$Pr = \frac{\nu}{\alpha}$

其中，特征长度（2L）被视为腔体的底部长度。在OpenFOAM工具中应用直接数值模拟（DNS）来求解完整的