流れ方向に有限長さの磁石が作り出す磁束密度の流れ方向変化により、発電領域の上流と下流では渦電流が発生する。その渦電流によるローレンツ力により磁場と垂直な平面内で速度分布はM字形に歪められ、側壁ジェット流を形成する。ラージエディシミュレーション(LES)により、低磁束密度では流れ方向に伸長した発電機内の乱流構造は抑制され、さらに磁場を増加させ発電領域でレイノルズせん断応力がゼロになるまで乱流が抑制される条件では、乱流構造は磁場の方向に揃い、カルマン渦のように繰り返し下流へ流される。さらに磁場を増加させると側壁ジェットの局所摩擦レイノルズ数が増加し、側壁ジェット流が乱流遷移することが分かった。
We numerically assess the influence of non-uniform magnetic flux density on turbulent duct flows in a liquid metal magnetohydrodynamic (MHD) electrical power generator. As increasing the magnetic flux density (or Hartmann number), the M-shaped velocity profile produced by eddy currents develops in the plane perpendicular to the magnetic field; the maximum velocity in the sidewall layer of the M-shaped profile increases to keep the flow rate. Under the condition of a relaminarized flow, the turbulence structures align along the magnetic field and flow repeatedly like the Karman vortex sheet. At a higher Hartmann number, the wall-shear stress in the sidewall layer increases and the sidewall jets transit to turbulence.

研究種目 : 基盤研究(C)
研究期間 : 2011～2013
課題番号 : 23560209
研究分野 : 工学
科研費の分科・細目 : 機械工学・流体工学