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液态金属作为聚变堆中的液态第一壁,在强环形磁场与等离子体电流的共同作用下,产生指向等离子体的电磁力,发生不可控的金属液滴飞溅现象,严重威胁聚变堆的安全性和稳定性。使用一种毛细槽道结构,它不仅可以增大液态金属与壁面的接触面积,使黏附力增大;而且它会大大削减润湿阻力和电磁力的作用,达到抑制飞溅的效果。液态金属表面的稳定性,可通过提高表面的润湿性以及表面结构的合理选择来改善。本实验分析毛细槽道结构抑制液态金属飞溅的原理和效果,并研究飞溅过程中表面结构对抑制效果的影响。 相似文献
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托克马克装置中面向等离子体部件在不同的位置存在很大的温差,导致面向等离子体部件表面液态金属产生自由对流。以此为背景,实验研究液态金属受横向磁场影响下竖直壁面上的自由对流换热规律。实验采用K型热电偶测量环境与壁面两侧的温度,利用多普勒超声波测速仪测量壁面上的液态金属速度,分析不同磁场强度和加热热流密度条件对竖直平板外表面的流动与换热影响规律。研究表明：竖直平板的局部换热系数与特征长度成反比,即距加热平板起始段越远换热越弱,同时增强加热功率使表面换热系数增加。在强磁场条件下,壁面边界层的流动与换热均普遍被抑制;但是在弱磁场下,增加磁场会强化平板表面的自由对流与换热,根据实验结果发现该转折点出现在磁相互作用数为1~4的范围。 相似文献
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核聚变装置限制器有效地屏蔽来自器壁的杂质,排出来自中心等离子体的粒子流和热流。液态金属可以较好地完成这一任务。液态金属具有导热性强、液相温度范围大和易于补充等特性,是未来聚变反应堆面向等离子体部件的主要备选材料之一。限制器的不同位置存在较大的温差,在表面张力驱动下液态金属自由表面形成热毛细对流。该热毛细对流受到聚变堆强磁场的影响。通过建立导电流体自由表面热毛细对流实验系统获得可视化的实验结果,研究温差变化和强磁场参数对导电流体自由表面热毛细对流的影响规律,深入分析该过程对液态金属在未来聚变堆面向等离子体部件的成功应用具有重要意义。 相似文献
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未来聚变堆中,液态金属作为最有前景的面向等离子体部件之一,会同时受到超强磁场和高温等离子体的作用,离开原位置而进入堆芯等离子体中.本文列出3种具有代表性的不稳定现象并进行综合分析:1)由等离子体轰击液态金属引起的溅射现象,2)液态金属在磁场和电场共同作用下直接进入等离子体的飞溅现象和3)已经进入等离子体内部的金属液滴再次落下与液膜发生碰撞的现象.前人已经对溅射和液滴撞击液膜现象进行了深入研究.本文对前人的研究成果进行整合与分析,提出新的实验构想,探究磁场和电场作用下液态金属飞溅现象的形成机理.实验研究发现液态金属自由表面会逐渐长高,直至液态金属发生自由表面飞溅,飞溅的液滴能脱离液态金属"山峰"并落下,伴有二次液滴的形成. 相似文献
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液态锂第一壁是磁约束核聚变领域的先进概念,相对于传统的固体壁材料,越来越多的实验表明液态锂壁具有独特的优势,不仅可以有效解决固体壁材料所面临的物理化学溅射、氚滞留等一系列问题,同时还可以显著提高等离子体的约束性能.然而,液态锂对大部分金属材料都具有很强的腐蚀特性,腐蚀引起的微观结构变化必然带来材料宏观力学性能的退化,对... 相似文献
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为研究液态金属在磁场和壁面不同导电特性下的自然对流换热规律,对磁场作用下三维封闭方腔内的液态金属自然对流进行了数值模拟. 研究表明:当没有外加磁场时,模拟结果与已有实验结果相符;当存在外加磁场时,三维方腔内的流动和换热出现较大变化. 由于液态金属在磁场中运动产生感应电流,感应电流与外加磁场相互作用产生一个与运动方向相反的洛伦兹力,抑制了流动和液态金属的自然对流换热. 通过绝缘边界和导电边界的研究结果对比表明,壁面导电性能对于磁流体流动和换热产生很大影响. 相似文献
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采用分子动力学模拟方法对平板间液态金属的流动换热过程进行模拟.研究液态金属的微观热输运过程,左右两侧平板采用Cu原子作为恒温固壁,液态金属Pb处于平板间,以FCC结构为初始排列.模拟结果表明,在平板间的液态金属温度分布呈线性变化;不同温度下液态金属在恒温平板间的热输运模拟过程表明,平板间液态金属的热导率随温度的升高而增加,呈现线性变化.当在系统上施加一个重力加速度时,平板间未出现明显的自然对流,表明在微尺度下,边界阻力和粘滞力抑制了液态金属的自然对流. 相似文献
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磁场中液态金属射流的流动行为研究对聚变装置强磁场环境下液态金属第一壁的实现极为重要。对处于横向水平磁场中的液态金属竖直射流进行三维的直接数值模拟,主要对小We数情形射流在不同磁场强度下的破碎行为进行研究。模拟发现,在磁流体动力学效应下,液态金属射流的稳定性得到明显的增强,其破碎长度随着磁场强度的增大而增长。同时,液态金属射流在磁场中破碎后形成的液滴随着磁场强度的增大而逐渐减小。磁场强度越大,洛伦兹力使射流界面扰动波的波长变得越长。对于较大We数情形,磁场对射流的界面扰动影响更为明显。射流界面处的膨胀波及正弦波扰动由三维变为明显的二维状态,射流的稳定性也因此明显增强。 相似文献
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液滴撞击固体壁面现象常见于动力机械、喷雾冷却和薄膜材料沉积制备等工业生产中。将石墨烯和碳纳米管作为分散颗粒,应用超声波分散技术制备均匀性与稳定性良好的树脂基纳米流体。利用高速摄像技术,研究纳米流体液滴撞击固体壁面的动力学行为。基于有限元法,通过修正的幂律黏度模型耦合纳米流体的剪切变稀特性,采用水平集方法捕捉相界面的移动,建立纳米流体液滴撞击固体壁面的数值模型。模拟结果与实验结果较好一致,验证了数值模型的正确性与准确性。研究发现实验配制的纳米流体表现出非牛顿剪切变稀特性,纳米颗粒的加入抑制了液滴撞击固体壁面过程中的铺展和回缩行为。随着幂律指数m的减小,液滴撞击固体壁面后的铺展范围变大。随着表面张力的增大,液滴的无量纲直径在铺展阶段无明显变化,但在回缩阶段逐渐减小。 相似文献
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液态金属在磁场中运动的研究在理论和应用方面都具有重要的意义.本文建立了在均匀磁场中初始时刻静止的液态金属流体的物理模型, 并向其中通入水平方向的电流.采用数值方法研究当存在沿竖直方向的、沿水平方向且平行于电流方向和沿水平方向且垂直于电流方向的外加磁场三种情况下金属流体的三维运动特性.分析发现, 电磁场的耦合作用会使原本静止的液态金属失稳并开始运动, 还会从自由表面生发出大量的二次液块甚至细小的液滴.磁场的方向和强度、电流的方向和密度均会影响金属流体的运动形态. 相似文献
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研究垂向磁场作用下,压差驱动下的金属流体在方截面通道中充分发展流动的线性稳定性问题.此流动中,垂直于磁场的两壁面理想导电,平行于磁场的左壁面为理想导电,右壁面绝缘.根据线性稳定性理论得到广义特征值问题,并采用2D-Chebyshev配置法求解该特征值问题,得到扰动的增长率曲线和扰动速度在通道截面上的分布.结果表明,当Ha数变化时,流动中有2种不稳定模态依次起主导作用.这2种模态的交替发生在Ha数介于20至21之间某值.当Ha≤20时,拐点不稳定性起主导作用;当Ha≥21时,不稳定性由速度拐点、侧层内的速度剪切及射流沿z方向速度的不均匀性共同作用引起. 相似文献
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液态金属偏滤器具有自修复和热负荷能力,因此成为偏滤器的重要设计方案。偏滤器上的液态金属膜流处于磁场和高强度热流下,且装置运行时产生的低频扰动会使薄膜流动发展为毛细孤立波。在毛细孤立波膜流中,波谷位置的毛细分离涡会显著增强该区域的对流换热。研究雷诺数为58的液态锡毛细孤立波膜流在底壁附近的换热现象。结果表明：无外加磁场和自由界面热流时,液态锡毛细孤立波薄膜流动复现了努塞尔数在波谷位置显著增强的现象;仅施加磁场时,由于洛伦兹力的阻尼效应,毛细分离涡处的换热增强效果被抑制;仅施加热流时,由于膜流被加热,总换热量增加,导致努塞尔数分布更均匀;同时施加磁场和热流时,两者的作用会叠加。 相似文献
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针对海底油气管道的散热问题搭建水平气液两相段塞流换热实验装置。研究冷却液温度4℃条件下无相变冷却过程段塞流的换热特性。实验中采用双平行电导探针、热电偶、热电堆等多种测量手段对冷却条件下段塞流的流动和传热参数进行测量。给出对流换热系数与流动界面分布参数变化规律,表明管道上下壁面由于传热不均存在显著的温差。结果还表明,段塞流对流换热系数受气相表观流速影响较小,流体与下壁面之间的对流换热明显强于与上壁面之间的对流换热。 相似文献
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研究在展向磁场作用下,液态金属GaInSn膜流在有机玻璃方腔多层通道中的流动特性。实验首次采用3台激光轮廓测量仪同时捕捉3个位置的液膜表面2D轮廓变化,实现液膜厚度测量。研究结果表明：在有机玻璃通道内,液膜表面波动随流动雷诺数的增大而明显增加;引入的展向磁场有效地抑制沿磁场方向的表面波动,而对沿流向的波动影响较小。在液膜平均厚度变化方面,随磁场的增强,液膜厚度在较小雷诺数时减小,在中等雷诺数时先减小后增大,在大雷诺数时单调增大。同时,磁场对流动的阻碍作用在大雷诺数下表现得较为明显。相比单层膜流实验结果,多层膜流装置有效地改善膜流铺展性,更易实现在表面的大面积铺展。 相似文献