Von-Kármán-Sodium 发电机实验的参数研究与优化趋势
等离子体物理
2018-07-12 v1
摘要
我们使用 PLUTO 可压缩 MHD 代码给出了液态钠流动的磁流体动力学模拟。我们研究了残余磁场的取向与强度、由 Ekman 抽吸引起的入射速度场以及叶轮尺寸对叶轮叶片间螺旋流磁准直的影响。针对简化的笛卡尔几何,我们模拟了受 Von-Karman-Sodium (VKS) 实验启发的多叶片叶轮的流动动力学。研究表明,沿环向取向的残余磁场是准直磁场效率最低的配置,但如果径向或竖直分量不可忽略,准直会显著改善。若残余磁场强度增大,系统磁能更大但磁场准直效率相同,因此随着残余磁场强度增大,磁能增益更小。若入射速度场改变,磁场准直也会变化:当入射速度从 Gamma=0.8 增大到 0.9 时准直更弱,从 Gamma=0.8 减小到 0.7 时准直略强。对叶轮尺寸的分析指出,准直磁场最高效的配置要求叶轮叶片高度与底部经线长度之比在 0.375 - 0.5 之间。与假想的 Omega-alpha 发电机回路相比,模拟 TM 73 叶轮以非铲取方向旋转、且具有 10^-3 T 径向或竖直取向残余磁场的模型观察到了假想 alpha^2 发电机回路的最大增强。参数分析得到的优化趋势也在更高分辨率和湍流度的模拟中得到证实。
引用
@article{arxiv.1807.03956,
title = {Parametric study and optimization trends for the Von-K\'{a}rm\'{a}n-Sodium dynamo experiment},
author = {J. Varela},
journal= {arXiv preprint arXiv:1807.03956},
year = {2018}
}