横向磁场下脉动准二维管道流的稳定性

本手稿已被 Physical Review Fluids 接收发表，见 https://journals.aps.org/prfluids/accepted/53075Se8O0b1b109b1cc0061b280aaa122f0f92dc。本文对脉动准二维管道流的稳定性进行了数值研究。流动由恒定压力梯度与侧壁同步振荡共同驱动。这一原型设置有助于理解受横向磁场作用的液态金属冷却剂管道中的非定常磁流体动力学流动，其动机来自磁约束聚变反应堆中的预期条件。我们模拟了广泛的壁面振荡频率与振幅范围。重点置于针对临界雷诺数最大降幅优化的驱动脉动，涉及一系列摩擦参数 $H$（正比于磁场强度）。相对于稳态基流，在流体力学极限（$H=10^{-7}$）下获得了临界雷诺数近 $70$% 的降低，而在 $H=10$ 时降低幅度略超 $90$%。对于所有振荡振幅，增大 $H$ 始终导致临界雷诺数降低百分比的增加。鉴于聚变相关条件 $H \geq 10^4$，这是一个有前景的结果。这些降低是通过选择既能确保显著拐点、又能使扰动能量增长与基流减速同相的频率实现的。在优化频率与振幅下的非线性模拟在大幅降低的临界雷诺数下仍满足无净增长条件。然而，尽管线性模态经历对称破缺过程，湍流未被触发。非线性基流调制也阻止了扰动的线性衰减，在超临界雷诺数下未观察到指数增长。