基于OpenFOAM的磁性流体动力学求解器：应用于萨克哈林脉冲式磁动力学发电机

本文提出一种用于模拟燃烧等离子体气体上运行的开环线性法拉第型连续电极通道的磁动力学（MHD）发电机的数学和计算流体动力学（CFD）模型。该模型将Favre均化纳维-斯托克斯方程推广到考虑等离子体气体的电属性及其对所加磁场的反应。该模型考虑了各种效应，包括洛伦兹力、湍流、可压缩性以及从等离子体中提取能量，并采用电势技术结合低磁雷诺数（Rem）近似。该模型使用基于多物理场的开源计算机编程环境“OpenFOAM”进行数值实现，该环境结合了有限体积方法（FVM）和面向对象编程（OOP）概念。通过对收集的数据和文献中关于其测试运行的经验表达式，演示了该模型对大型型脉冲MHD发电机（PMHDG）称为“萨克哈林”的超音速通道的模拟能力。萨克哈林是世界上最大的PMHDG，已证实峰值电力输出为510 MW。萨克哈林使用固体推进剂等离子体（SPP），其拥有一条长度为4.5米的单条超音速发散型法拉第型连续电极通道。我们通过与萨克哈林PMHDG的独立结果进行比较来检验该模型的有效性。随后，我们处理其三维模拟结果，提供萨克哈林通道的标量特性、沿纵向中心线的一维剖面以及整个通道中的三维分布。